Legure metala. Glavne legure metala. Svojstva metala i legura

Metalurgija u našem životu ima izuzetno važnu ulogu. Ne, svi mi pripadamo slavnoj klasi čeličara, ali svakodnevno smo suočeni s metalnim proizvodima. U pravilu se izrađuju od raznih legura. Usput, što je to?

Osnovne definicije

Općenito, metalne legure su materijali dobiveni taljenjem, pri čemu su korištena dva ili više metalnih elemenata (u kemijskom smislu), kao i (izborno) specijalni aditivi. Jedan od prvih materijala ove vrste bio je bronca. Sastoji se od 85% bakra i 15% kositra (80:20 u slučaju zvonjave bronce). Trenutno postoji nekoliko varijanti ovog spoja, u kojima uopće nema kositra. Ali oni nisu tako česti.

Potrebno je jasno razumjeti da se legure metala u većini slučajeva formiraju općenito bez sudbine čovjeka. Činjenica je da materijal koji je apsolutno čist s kemijskog stajališta može biti samo u laboratoriju. U svakom metalu koji se koristi u domaćem okruženju moraju postojati tragovi drugog elementa. Klasičan primjer je zlatni nakit. U svakom od njih nalazi se određeni dio bakra. Međutim, u klasičnom smislu, ova definicija još uvijek znači kombinaciju dvaju ili više metala, koje je čovjek namjerno primio.

Cijela povijest čovjeka je izvrstan primjer kako su metalne legure mogle imati ogroman utjecaj na razvoj čitave naše civilizacije. Nije slučajno da postoji čak i dugo povijesno razdoblje koje se naziva brončano doba.

Opće karakteristike metalnih legura

I sada razmatramo opća svojstva metala i legura, koje karakteriziraju. Vrlo se često nalaze u stručnoj literaturi.

To su osobine koje karakteriziraju legure metala. Tablica će vam pomoći razumjeti ih.

Detalji proizvodnje

U načelu, pojam "legura" u ovom trenutku može se shvatiti kao materijal koji se temelji samo na jednom kemijskom elementu, ali se "razrjeđuje" cijelim paketom aditiva. Najčešći način njihove pripreme, topljenja u tekućem stanju, malo se promijenio od davnina.

Na primjer, analiza metala i legura pokazuje da su drevni Indijanci za svoje vrijeme zauzeli nevjerojatnu razinu obrade metala. Čak su počeli stvarati legure s vatrostalnim cinkom, što je i danas vrlo zahtjevan i kompliciran postupak.

Danas se metalurgija praha također široko koristi u te svrhe. Posebno često se obrađuje željeznim metalima i njihovim legurama, jer se u tom slučaju često zahtijeva maksimalna jeftinost procesa i njegovih proizvoda.

Širenje legura u modernoj industriji

Valja napomenuti da su svi metali koji se intenzivno koriste u suvremenoj industriji samo legure. Dakle, više od 90% cjelokupnog željeza proizvedenog u svijetu ide u proizvodnju željeza i raznih čelika. Ovakav pristup objašnjava se činjenicom da metalne legure u većini slučajeva pokazuju bolja svojstva od svojih “predaka”.

Stoga je granica razvlačenja čistog aluminija samo 35 MPa. Ali ako u njega dodate 1,6% bakra, magnezija i cinka u omjeru 2,5% i 5,6%, ovaj pokazatelj može lako preći čak 500 MPa. Između ostalog, možete značajno poboljšati svojstva električne vodljivosti, toplinske vodljivosti ili drugih. Nema misterije u tome: u slitinama struktura kristalna rešetka promjene, što im omogućuje stjecanje drugih svojstava.

Jednostavno rečeno, količina takvih materijala danas je velika, ali stalno raste.

Osnovne informacije o razvrstavanju

Općenito, ovdje nema posebnih poteškoća: spojevi koji koriste obojene metale i legure na bazi željeza. U nastavku ćemo analizirati obje ove kategorije na primjeru glavnih tipova, te raspraviti područja njihove primjene u suvremenoj industriji i proizvodnji.

Postali su

Svi spojevi željeza koji sadrže do 2% ugljika nazivaju se čelici. Ako sastav sadrži krom, vanadij ili molibden, onda se oni nazivaju dopirani. Te materijale susrećemo stalno, svakodnevno i po satu. Danas je broj čelika takav da jedan od njih može uzeti ne previše tanku knjigu.

To smo već rekli mehanička svojstva metala i legure su vrlo različite, ali u slučaju tih materijala, čak i različiti tipovi čelika često imaju suprotne kvalitete, zbog čega se njihove sfere primjene uvelike razlikuju.

Ako je materijal manji od 0,25% ugljika, onda se on koristi u nekim tehničkim konstrukcijama. Međutim, ako čelik ima više od 0,55% ugljika, onda je idealan za proizvodnju raznih visokokvalitetnih alata za rezanje, uključujući sjekire za tokarilice, bušilice i kirurške potrepštine. Ali ako govorimo o uređajima koji se koriste za brzo rezanje, onda je njihova proizvodnja isključivo legirani čelik.

Lijevano željezo

Ako legura željeza sadrži više od 3-4% ugljika, tada se naziva lijevano željezo. Osim toga, njegov važan element je silicij. Masa dijelova i gotovih proizvoda izrađena je od lijevanog željeza. Na primjer, blokovi motora za automobile. Kod visokokvalitetnog lijevanja bez šupljina i šupljina, proizvod ima impresivnu mehaničku čvrstoću. S tim u vezi, vrijedi se sjetiti barem oružja iz 14.-15. Stoljeća, koja su često izdržala tri do četverostruko povećanje praškastog naboja.

Naravno, uporaba metala i legura nikada nije bila ograničena samo na vojnu industriju, ali se često ispostavilo da je upravo ta industrija stalno pronalazila nove metode obrade metala, premještavajući cijelu civilizaciju naprijed.

Bakrene slitine

Najčešće se ovaj pojam odnosi na različite stupnjeve mjedi. To su bakrene legure koje sadrže od 5 do 45% cinka. Ako se sadržaj kreće između 5-20%, onda je to crveni mjed (tompac). Ako materijal već sadrži 20-36% Zn, onda je to žuti mjed.

Ovi materijali su idealni kada se radi o proizvodnji i oblikovanju malih dijelova. Malo je poznato, ali legura bakra sa silikonom naziva se silikatna bronca i ima veliku mehaničku čvrstoću. Sorta fosfora karakterizira isto (5% kositra i fosfora dodaju se bakru). Kao iu prošlom slučaju, karakterizira ga visoka čvrstoća i elastičnost, te je stoga idealan za proizvodnju membrana i svih vrsta opruga.

Ološke legure

Općenito, obojeni metali i legure su nerazdvojno povezani pojmovi, budući da su ljudi od davnina mogli mirisati višekomponentne materijale koji se uspješno koriste u vojnim i mirnim poslovima. To se posebno odnosi na olovo, od kojeg su Rimljani i dalje radili vodovod i kanalizaciju. Naravno, nisu znali za toksična svojstva ovog metala, ali su bili impresionirani jednostavnošću njegove obrade.

Najpoznatiji je uobičajeni lem, koji je načinjen od jednog dijela olova i dva dijela kositra. Kao što ime implicira, koristi se za lemljenje dijelova. Koristi se u radio-inženjerstvu i drugim tehničkim područjima. Legure od antimona i olova koje se koriste za izradu obloga raznih vrsta kabela.

Odavno je poznato da se spojevi ovog metala s kadmijem, bizmutom ili kositrom mogu tali na približno 70 stupnjeva Celzija. Zato danas u njima proizvode različite osigurače sustavi za automatsko gašenje požara.

Čudno kako se čini, olovo je odavno poznato kuharima i ugostiteljima, jer se često koristilo za izradu posuđa i aparata. Legura koja je korištena za to se naziva kositar. Sadrži približno 85–90% kositra. Preostalih 10-15% zauzima olovo (standardna legura dvaju metala).

Tehničari su također vjerojatno upoznati s babbitima. To su također spojevi na bazi olova, koji također sadrže kositar, kao i arsen i antimon. Ove legure su vrlo otrovne, ali zbog nekih posebnih svojstava aktivno se koriste u industriji ležaja.

O lakim slitinama

Kao što smo rekli, svojstva metala i legura su različita po tome što potonja u mnogim slučajevima imaju veće karakteristike. To je osobito vidljivo u odnosu na modernu industriju. U posljednjih nekoliko godina, to zahtijeva veliku količinu laganih legura, koje imaju povećanu mehaničku čvrstoću, kao i otpornost na učinke nepovoljnih čimbenika okoline i visoke temperature.

Za proizvodnju se najčešće koriste aluminij, berilij i magnezij. Posebno su traženi spojevi na bazi aluminija i magnezija, budući da je opseg njihove moguće uporabe iznimno širok.

Legure na bazi aluminija

Kao što smo rekli, bez njih moderna industrija je apsolutno nemoguće zamisliti. Procijenite sami: aluminijske legure se aktivno koriste u zrakoplovstvu, zrakoplovstvu, vojsci, znanstvenom inženjerstvu i drugim industrijama. Bez aluminija, nemoguće je zamisliti proizvođače moderne kućne i mobilne opreme, budući da tijelo ovog metala sve više koristi moderne vodeće industrije tih industrija.

Kakvi su oni?

Aluminijske legure se odmah dijele u tri velike skupine:

• Ljevaonice (Al - Si). Posebno su rasprostranjeni u automobilskoj i vojnoj industriji.
• Legure dizajnirane za lijev (Al - Mg).
• Spojevi visoke čvrstoće, samotvrdnjavajući (Al-Cu).

Prednosti i nedostaci ovog materijala

Mnoge legure ovog materijala su ekonomične, relativno jeftine i vrlo izdržljive jer nisu podložne koroziji. Odlikuju ih visoka čvrstoća u uvjetima ekstremno niskih temperatura (zrakoplovna industrija) i vrlo jednostavan proces obrade. Formiranje ih ne zahtijeva posebno složenu i skupu opremu, jer su relativno plastične i viskozne (vidi tablicu s karakteristikama).

Jao, ali imaju i svoje nedostatke. Tako, na temperaturama iznad 175 ° C, mehanička svojstva aluminija i legura na temelju njega počinju brzo propadati. No, zbog prisutnosti amalgama na njihovoj površini (zaštitni film aluminij hidroksida), oni posjeduju izuzetnu otpornost na djelovanje agresivnih kemijskih medija, uključujući kiseline i lužine.

Imaju izvrsnu električnu vodljivost i toplinsku provodljivost, nemagnetična. Vjeruje se da su apsolutno bezopasni za ljudsko zdravlje, te se stoga mogu koristiti za proizvodnju jela i posuđa za hranu. Međutim, najnoviji medicinski istraživači još uvijek kažu da aluminijski spojevi u nekim slučajevima mogu izazvati razvoj Alzheimerove bolesti.

Vojska se zaljubila u te materijale jer nije davala iskre čak ni uz iznenadne mehaničke utjecaje i udarce. Osim toga, savršeno apsorbiraju udarna opterećenja. Jednostavno rečeno, neke od tih metalnih legura (čiji se sastav najčešće klasificira) aktivno se koriste za proizvodnju lakih oklopa za opremanje raznih BTR, BMP, BRDM i druge opreme.

Zbog svih tih svojstava legure na bazi se uobičajeno koriste za proizvodnju klipova za motore s unutarnjim izgaranjem, kao i za proizvodnju građevinskih konstrukcija (otpornost na koroziju). Aluminij i materijali koji se na njemu temelje široko se koriste u proizvodnji reflektora za koncepte rasvjete, električnih instalacija, kao i za proizvodnju zgrada različite opreme (koja nisu magnetizirana).

Važno je napomenuti da čak i teoretski čist aluminij ponekad sadrži značajnu mješavinu željeza. To može doprinijeti većoj mehaničkoj čvrstoći materijala, ali njegova prisutnost čini legure na bazi aluminija izrazito osjetljivim na procese korozije. Osim toga, legura u velikoj mjeri gubi svoju plastičnost, što u većini slučajeva nije baš dobro.

Kobalt, krom ili mangan pridonose slabljenju negativnog učinka primjesa željeza. Ako sastav legure uključuje litij, ispada vrlo izdržljiv i elastičan materijal. Nije iznenađujuće da je takva veza vrlo popularna u zrakoplovnoj industriji. Nažalost, legure litija s aluminijem imaju neugodno svojstvo, što se opet izražava u slaboj plastičnosti.

Sažetak nekih rezultata. Ispada da su glavne legure metala u svemiru, zrakoplovstvu i drugim high-tech industrijama, sastavljene od aluminija. Općenito, to je upravo ono što je danas, ali često se magnezij i njegove legure koriste u modernoj industriji.

Magnezijske legure

Imaju izuzetno nisku masu, a odlikuju se i vrlo impresivnom snagom. Osim toga, ovi su materijali savršeno prikladni za ljevaoničku industriju, a praznine su savršeno pogodne za okretanje i glodanje. Stoga se oni aktivno koriste u proizvodnji raketa i zrakoplovnih turbina, kutija za instrumente, diskete za automobilske kotače, kao i neke vrste čeličnih oklopa.

Neke sorte ovih legura odlikuju se odličnim indikatorima viskoznog prigušivanja, te se stoga koriste za izradu dijelova i konstrukcija koje moraju raditi u uvjetima izrazito visokih razina vibracija.

Prednosti i nedostaci magnezijskih legura

Vrlo su mekane, relativno dobre otpornosti na habanje, ali se ne razlikuju previše impresivnu plastičnost. S druge strane, odlikuju se izvrsnom prilagodljivošću oblikovanju pri visokim temperaturama, savršeno su prilagođene za spajanje s postojećim vrstama zavarenih spojeva, a mogu se spojiti i pomoću vijčanih spojeva, zakovica i čak lijepljenja.

Sve ove legure nisu osobito otporne na kiseline i lužine. Izuzetno negativno su pod utjecajem dugog boravka u morskoj vodi. Međutim, magnezijske legure su iznenađujuće stabilne u zraku, tako da se mnogi njihovi nedostaci mogu zanemariti. Ako je potrebno pouzdano zaštititi takve dijelove od djelovanja korozije, nanesite kromiranje, anodizaciju ili slične metode.

Mogu biti presvučeni niklom, bakrom ili kromom, uronjeni u talinu kemijski čistog cinka. Takvom obradom naglo se povećavaju indeksi čvrstoće i otpornosti na abraziju. Valja podsjetiti da je magnezij vrlo aktivan metal s kemijskog stajališta, te je stoga pri radu s njim potrebno poštivati ​​barem osnovne sigurnosne mjere.

Tako je proizvodnja metala i legura ključna značajka moderne industrije. Svake godine ljudi izmišljaju sve više načina za proizvodnju novih materijala, tako da ćemo uskoro zasigurno dobiti apsolutno nevjerojatne spojeve koji će istovremeno kombinirati korisna svojstva nekoliko skupina materijala i kemijskih elemenata.