Zlitine kovin. Glavne zlitine kovin. Lastnosti kovin in zlitin

Metalurgija v našem življenju ima izjemno pomembno vlogo. Ne, vsi ne pripadamo veličastnemu razredu jeklarjev, vendar se vsak dan soočamo s kovinskimi izdelki. Praviloma so izdelane iz najrazličnejših zlitin. Mimogrede, kaj je to?

Osnovne definicije

Na splošno so kovinske zlitine materiali, pridobljeni s taljenjem, pri izdelavi katerih sta bila uporabljena dva ali več kovinskih elementov (v kemičnem smislu), kot tudi (neobvezno) posebni dodatki. Eden prvih materialov te vrste je bil bron. Sestoji iz 85% bakra in 15% kositra (80:20 v primeru zvonca). Trenutno obstaja več sort te spojine, v katerih ni kositra. Ampak niso tako pogosti.

Treba je jasno razumeti, da so zlitine kovin v večini primerov oblikovane na splošno brez usode človeka. Dejstvo je, da je material, ki je popolnoma kemično čist, lahko le v laboratoriju. V vsaki kovini, ki se uporablja v domačem okolju, morajo biti sledi drugega elementa. Klasičen primer je zlati nakit. V vsakem od njih je določen delež bakra. V klasičnem smislu pa ta definicija še vedno pomeni kombinacijo dveh ali več kovin, ki jih je človek namerno sprejel.

Celotna zgodovina človeka je odličen primer, kako so kovinske zlitine lahko močno vplivale na razvoj naše celotne civilizacije. Ni naključje, da obstaja celo dolgo zgodovinsko obdobje, ki se imenuje bronasta doba.

Splošne značilnosti kovinskih zlitin

Zdaj pa upoštevamo splošne lastnosti kovin in zlitin, ki jih označujejo. Pogosto jih najdemo v strokovni literaturi.

To so lastnosti, za katere so značilne kovinske zlitine. Tabela vam bo pomagala razumeti.

Podrobnosti proizvodnje

Načeloma se trenutno lahko pojem "zlitina" razume kot material, ki temelji le na enem kemijskem elementu, vendar se "razredči" s celim paketom aditivov. Najpogostejša metoda za njihovo pripravo, ki se topi v tekočem stanju, se je od antičnih časov malo spremenila.

Analiza kovin in zlitin na primer kaže, da so stari Indijanci za svoj čas izkoristili neverjetno raven obdelave kovin. Začeli so celo izdelovati zlitine z uporabo ognjevzdržnega cinka, kar je še danes precej naporen in zapleten postopek.

Danes se za te namene pogosto uporablja tudi prašna metalurgija. Zelo pogosto se s to metodo obdelujejo železne kovine in njihove zlitine, saj je v tem primeru pogosto potrebna maksimalna cenovna ugodnost tako procesa kot njegovih izdelkov.

Širjenje zlitin v sodobni industriji

Treba je opozoriti, da so vse kovine, ki jih intenzivno uporablja moderna industrija, samo zlitine. Tako je več kot 90% vsega železa, proizvedenega na svetu, namenjenega proizvodnji železa in različnih jekel. Ta pristop je pojasnjen z dejstvom, da kovinske zlitine v večini primerov kažejo boljše lastnosti kot njihovi "predniki".

Meja tečenja čistega aluminija je torej le 35 MPa. Če pa v njem dodate 1,6% bakra, magnezija in cinka v razmerju 2,5% oziroma 5,6%, lahko ta indikator zlahka preseže celo 500 MPa. Med drugim lahko bistveno izboljšate lastnosti električne prevodnosti, toplotne prevodnosti ali drugih. Pri tem ni skrivnosti: v zlitinah je struktura kristalne rešetke spremembe, ki jim omogočajo pridobitev drugih lastnosti.

Preprosto povedano, količina teh materialov je danes velika, vendar nenehno narašča.

Osnovne informacije o razvrstitvi

Na splošno tukaj ni posebnih težav: spojine, ki uporabljajo barvne kovine in zlitine na osnovi železa. V nadaljevanju bomo analizirali obe kategoriji na zgledu glavnih vrst in razpravljali o področjih njihove uporabe v sodobni industriji in predelovalnih dejavnostih.

Postali smo

Vse železne spojine, ki vsebujejo do 2% ogljika, se imenujejo jekla. Če sestava vsebuje krom, vanadij ali molibden, potem se imenujejo dopirani. Te materiale se srečujemo nenehno, dnevno in vsako uro. Danes je število jekel takšno, da bi lahko eden od njihovih štetij vzel ne preveč tanko knjigo.

To smo že povedali mehanske lastnosti kovin in zlitine so zelo različne, toda pri teh materialih imajo celo različni tipi jekel pogosto nasprotne lastnosti, zato se njihova področja uporabe močno razlikujejo.

Če je material manjši od 0,25% ogljika, se uporablja v nekaterih tehničnih konstrukcijah. Če pa ima jeklo več kot 0,55% ogljika, potem je to idealno za izdelavo različnih visokokakovostnih rezalnih orodij, vključno s sekalci za stružnice, vrtalniki in kirurškimi pripomočki. Toda, če govorimo o napravah, ki se uporabljajo za hitro rezanje, potem je njihova proizvodnja izključno legirano jeklo.

Litega železa

Če železova zlitina vsebuje več kot 3-4% ogljika, se imenuje lito železo. Poleg tega je njegov pomemben element silicij. Masa delov in končnih izdelkov je iz litega železa. Na primer, bloki motorjev za avtomobile. V primeru visokokakovostnega ulivanja brez votlin in votlin, ima izdelek impresivno mehansko trdnost. V zvezi s tem si je treba zapomniti vsaj orožje iz 14. do 15. stoletja, ki je pogosto prenašalo tri do štirikratno povečanje praškastega naboja.

Seveda uporaba kovin in zlitin še nikoli ni bila omejena samo na vojaško industrijo, vendar se je pogosto izkazalo, da je ta industrija vedno našla nove metode za obdelavo kovin in premikala vso civilizacijo naprej.

Bakrene zlitine

Najpogosteje se ta izraz nanaša na različne stopnje medenine. To so bakrove zlitine, ki vsebujejo od 5 do 45% cinka. Če se njegova vsebina giblje med 5-20%, je to rdeča medenina (tompac). Če material že vsebuje 20–36% Zn, potem je to rumena medenina.

Ti materiali so idealni za proizvodnjo in oblikovanje majhnih delov. Malo je znano, toda zlitina bakra s silicijem se imenuje silikatna bron in ima veliko mehansko trdnost. Za sorto fosforja je značilna enaka (5% kositra in nekaj fosforja se doda bakru). Kot v preteklosti je značilna visoka trdnost in prožnost, zato je idealna za izdelavo membran in vseh vrst vzmeti.

Svinčeve zlitine

Na splošno so barvne kovine in zlitine neločljivo povezani pojmi, saj so ljudje od nekdaj lahko krojili večkomponentne materiale, ki so bili uspešno uporabljeni v vojaških in mirnih zadevah. To še posebej velja za svinec, iz katerega so Rimljani še vedno izdelovali vodovod in kanalizacijo. Seveda pa niso vedeli za toksične lastnosti te kovine, vendar so bili navdušeni nad preprostostjo njegove obdelave.

Najbolj znana je navadna spajka, ki je narejena iz enega dela svinca in dveh delov kositra. Kot že ime pove, se uporablja za spajkanje delov. Uporablja se v radijski tehniki in na drugih tehničnih področjih. Zlato iz antimona in svinca, ki se uporabljata za izdelavo oblog različnih vrst kablov.

Že dolgo je znano, da se spojine te kovine s kadmijem, bizmutom ali kositrom lahko topijo pri približno 70 stopinjah Celzija. Zato danes v njih izdelujejo različne varovalke avtomatski sistemi za gašenje požara.

Čeprav se zdi, da je svinca že dolgo znana kuharjem in restavratorjem, saj se je pogosto uporabljala za pripravo jedilnega pribora in naprav. Zlitina, ki je bila uporabljena za to, se imenuje kositer. Vsebuje približno 85–90% kositra. Preostalih 10-15% zaseda svinec (standardna zlitina dveh kovin).

Tehniki so verjetno seznanjeni tudi z babbiti. To so tudi spojine na osnovi svinca, ki vsebujejo tudi kositer, pa tudi arzen in antimon. Te zlitine so zelo strupene, vendar se zaradi nekaterih posebnih lastnosti aktivno uporabljajo v industriji.

O lahkih zlitinah

Kot smo že povedali, so lastnosti kovin in zlitin drugačne, saj imajo slednje v mnogih primerih višje lastnosti. To je še posebej opazno v sodobni industriji. V zadnjih letih zahteva veliko količino lahkih zlitin, ki imajo povečano mehansko trdnost, kot tudi odpornost na učinke škodljivih okoljskih dejavnikov in visoke temperature.

Za proizvodnjo se najpogosteje uporabljajo aluminij, berilij in magnezij. Posebno povpraševanje imajo spojine na osnovi aluminija in magnezija, saj je obseg njihove možne uporabe izjemno širok.

Aluminijeve zlitine

Kot smo že povedali, brez njih sodobna industrija je popolnoma nemogoče zamisliti. Sodnik sami: aluminijeve zlitine se aktivno uporabljajo v letalstvu, vesoljski, vojaški, znanstveni in drugi industriji. Brez aluminija je nemogoče zamisliti proizvajalce sodobne gospodinjske in mobilne opreme, saj se telo te kovine vedno bolj uporablja v sodobnih vodilnih industrijah teh industrij.

Kakšni so?

Aluminijeve zlitine so takoj razdeljene v tri velike skupine:

• Livarne (Al - Si). Še posebej so razširjene v avtomobilski in vojaški industriji.
• Zlitine, namenjene za litje (Al - Mg).
• Sestavine visoke trdnosti, samo-utrjujoče (Al-Cu).

Prednosti in slabosti tega materiala

Številne zlitine tega materiala so ekonomične, relativno poceni in zelo trpežne, saj niso občutljive na korozijo. Odlikujejo jih visoka trdnost v pogojih izjemno nizkih temperatur (vesoljska industrija) in zelo preprost postopek obdelave. Oblikovanje ne zahteva posebej zapletene in drage opreme, saj so razmeroma plastične in viskozne (glej tabelo z značilnostmi).

Žal pa imajo tudi svoje slabosti. Torej, pri temperaturah nad 175 ° C, se mehanske lastnosti aluminija in zlitin, ki izhajajo iz njega, hitro začnejo slabšati. Toda zaradi prisotnosti amalgama na njihovi površini (zaščitna folija iz aluminijevega hidroksida), imajo izjemno odpornost na delovanje agresivnih kemičnih medijev, vključno s kislinami in alkalijami.

Imajo odlično električno prevodnost in toplotno prevodnost, ki niso magnetni. Menijo, da so popolnoma neškodljivi za zdravje ljudi, zato se lahko uporabljajo za proizvodnjo jedi in posode za hrano. Vendar pa najnovejši medicinski raziskovalci še vedno pravijo, da lahko aluminijeve spojine v nekaterih primerih povzročijo razvoj Alzheimerjeve bolezni.

Vojska se je zaljubila v te materiale, ker ni dala isker niti z nenadnimi mehanskimi vplivi in ​​udarci. Poleg tega popolnoma absorbirajo udarne obremenitve. Preprosto povedano, nekatere od teh kovinskih zlitin (katerih sestava je najpogosteje razvrščena) se aktivno uporabljajo za izdelavo lahkih oklepov, ki jih opremijo z različnimi BTR, BMP, BRDM in drugo opremo.

Zaradi vseh teh lastnosti se zlitine na osnovi običajno uporabljajo za proizvodnjo batov za motorje z notranjim zgorevanjem, kot tudi za proizvodnjo gradbenih konstrukcij (odpornost proti koroziji). Aluminij in materiali, ki temeljijo na njem, se pogosto uporabljajo pri proizvodnji reflektorjev za osvetlitvene koncepte, ožičenje, kot tudi za izdelavo zgradb različnih tehnik (ne magnetiziranih).

Pomembno je opozoriti, da celo teoretično čisti aluminij včasih vsebuje pomembno mešanico železa. Lahko prispeva k višji mehanski trdnosti materiala, vendar je zaradi njegove prisotnosti zlitina na osnovi aluminija zelo občutljiva na korozijske procese. Poleg tega zlitina v veliki meri izgubi svojo plastičnost, kar v večini primerov ni prav dobro.

Kobalt, krom ali mangan pripomorejo k zmanjšanju negativnega učinka železovih nečistoč. Če sestava zlitine vključuje litij, se izkaže, zelo trajen in elastičen material. Ni presenetljivo, da je taka povezava v vesoljski industriji zelo priljubljena. Žal, toda zlitine litija z aluminijem imajo neprijetno lastnost, ki je ponovno izražena v slabi plastičnosti.

Povzemimo nekaj rezultatov. Izkazalo se je, da so glavne zlitine kovin v vesolju, letalstvu in drugih visokotehnoloških industrijah sestavljene iz aluminija. Na splošno so to današnje razmere, toda pogosto se magnezij in njegove zlitine uporabljajo v sodobni industriji.

Magnezijeve zlitine

Imajo izredno nizko maso, prav tako pa je značilna zelo impresivna moč. Poleg tega so ti materiali popolnoma primerni za livarsko industrijo, pri čemer so rezine popolnoma primerne za struženje in rezkanje. Zato se aktivno uporabljajo pri proizvodnji raket in letalskih turbin, kovčkov za instrumente, avtomobilskih kolesnih kolutov, kot tudi nekaterih vrst jeklenih oklepov.

Nekatere sorte teh zlitin odlikujejo odlični indikatorji viskoznega dušenja, zato se uporabljajo za izdelavo delov in konstrukcij, ki morajo delovati v pogojih izjemno visokih vibracij.

Prednosti in slabosti magnezijevih zlitin

So precej mehka, relativno dobra odpornost na obrabo, vendar se ne razlikujejo preveč impresivno plastičnost. Po drugi strani pa se odlikujejo po odlični prilagodljivosti oblikovanju pri visokih temperaturah, popolnoma prilagojeni za spajanje z vsemi obstoječimi vrstami varjenja, lahko pa se jih poveže tudi z vijačnimi spoji, kovičenjem in enakomernim lepljenjem.

Vse te zlitine žal niso posebej odporne na kisline in alkalije. Zelo negativno vplivajo na dolgo bivanje v morski vodi. Vendar so magnezijeve zlitine presenetljivo stabilne v zraku, tako da je veliko njihovih pomanjkljivosti mogoče zanemariti. Če je potrebno zanesljivo zaščititi te dele pred korozijo, nanesite kromiranje, eloksiranje ali podobne metode.

Lahko jih prevlečemo z nikljem, bakrom ali kromom, ki smo jih predhodno potopili v talino kemično čistega cinka. S takšno obdelavo se močno povečajo indeksi trdnosti in odpornosti proti obrabi. Treba je opozoriti, da je magnezij s kemičnega vidika precej aktivna kovina, zato je pri delu z njim potrebno upoštevati vsaj osnovne varnostne ukrepe.

Tako je proizvodnja kovin in zlitin ključna značilnost sodobne industrije. Vsako leto ljudje izumljajo vedno več načinov za proizvodnjo novih materialov, tako da bomo kmalu zagotovo dobili povsem neverjetne spojine, ki bodo združevale uporabne lastnosti več skupin materialov in kemičnih elementov naenkrat.