Металлы в технике и сплавы

Обновлено: 18.05.2024

При конструировании и изготовлении машин и приборов, организации их эксплуатации и ремонта инженер в повседневной работе сталкивается с конструкционными материалами и их использованием.

Материаловедение – наука, изучающая связь между составом, структурой и свойствами материалов и изучающая их изменения при внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом, электромагнитном и радиоактивном).

Задача материаловедения – установление закономерностей взаимосвязи структуры и свойств материалов для того, чтобы целенаправленно воздействовать на них при переработке в изделия и эксплуатации, а также для создания материалов с заданным сочетанием свойств и прогнозирования срока службы материалов.

Различают две основные группы материалов:

металлы и их сплавы

Металлы и сплавы разделяют на черные и цветные.

К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе: сталь и чугун.

К цветным относятся все остальные металлы: Al, Cu, Ti, Mg, Pb, Sn, Ni.

Из всех металлов и сплавов наиболее важную роль в машиностроении играет сталь. Доля производства стали составляет 95 % всех металлических материалов. При сравнительно низкой стоимости сталь характеризуется высокой прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами. Из других металлов наиболее развивается производство алюминия и его сплавов. Содержание железа в земной коре составляет 4,6 %, а алюминия – 8.8 %., т.е. почти в 2 раза больше. Хотя объем производства других металлов и сплавов существенно меньше, без их применения было бы невозможно создание таких отраслей современной техники, как электро-, радио-, приборостроение, авиация, атомная, ракетно-космическая техника.

Кроме того, все цветные металлы, применяемые в технике, в свою очередь, делятся на следующие группы:

• легкие металлы Mg, Be, Al, Ti с плотностью до 5 г/см 3 ;

• тяжелые металлы Pb, Mo, Ag, Au, Pt, W, Та, Ir, Os с плотностью, превышающей 10 г/см 3 ;

• легкоплавкие металлы Sn, Pb, Zn с температурой плавления 232; 327; 410 °С соответственно;

• тугоплавкие металлы W, Мо, Та, Nb с температурой плавления выше, чем у железа (> 1536 °С);

• благородные металлы Au, Ag, Pt с высокой устойчивостью против коррозии;

• урановые металлы или актиноиды, используемые в атомной технике;

• редкоземельные металлы (РЗМ) – лантаноиды, применяемые для модифицирования стали;

• щелочные и щелочноземельные металлы Na, К, Li, Ca в свободном состоянии применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах; натрий также используется в качестве катализатора в производстве искусственного каучука, а литий – для легирования легких и прочных алюминиевых сплавов, применяемых в самолетостроении.

2) неметаллические материалы (пластмасса, резина, керамика, стекло, клей, лакокрасочные покрытия, древесина, ткань и др.) в качестве конструкционных материалов служат важным дополнением к металлам, в ряже случаев с успехом заменяют их, а иногда неметаллические материалы сами являются незаменимыми (обувь, одежда,…). Достоинством неметаллических материалов является сочетание требуемого уровня химических, физических и механических свойств с низкой стоимостью и высокой технологичностью при изготовлении изделий сложной конфигурации. Трудоемкость при изготовлении изделий из неметаллических материалов в 5-6 раз ниже, и они в 4-5 раз дешевле по сравнению с металлическими. В связи с этим непрерывно возрастает использование неметаллических материалов в пищевой, торговой, холодильной и криогенной технике.

История развития науки о металлах. В основе любой цивилизации лежит развитие металлургии. Не случайно первые сведения о металлах мы находим у Геродота в V веке до н.э. и у Платона в IV веке до н.э.

На заре своего существования человек сталкивался главным образом с камнем. Но однажды он нашел ярко окрашенный кусок медной руды. Человек быстро понял преимущества металла перед камнем, и открытия пошли один за другим. Самые первые металлические орудия человек изготовил именно из самородной меди в Египте в V тысячелетии до н.э. Несколько позже появилась бронза – сплав меди с оловом и другими металлами. Медь и бронза долгое время были самыми распространенными металлами. Целая эпоха в развитии человечества называлась бронзовым веком. Археологи до сих пор находят такие бронзовые изделия, которые смущают даже современных металлургов (как были изготовлены эти предметы). А что, если это достижения какой-то еще неизвестной нам и давно погибшей цивилизации?

Железо пришло на смену бронзе и вызвало бурное развитие общества. Железооткрыли и быстро освоили на рубеже II и I тысячелетий до н.э. в Восточной Европе, Азии, Африке. А может быть и значительно раньше. В Австралии обнаружен метеорит возрастом несколько миллионов лет. Гвоздь длиной 18 см, обнаруженный в Перу, по мнению ученых, был изготовлен несколько десятков тысячелетий назад. По распространенности в природе железо занимает второе место после алюминия. Земная кора содержит 5 % железа. Однако в самородном состоянии оно встречается крайне редко, так как легко окисляется. Были времена, когда оно ценилось значительно дороже золота. При раскопках гробницы египетского фараона Тутанхамона был обнаружен золотой перстень, на котором знак божества был изготовлен из железа. Позднее из него стали делать обручальные кольца. По мере развития металлургии этот металл становился доступнее. Выработка железа росла очень быстро, и к началу нашей эры оно из «благородных» металлов превратилось в обычный. Сегодня железо – самый распространенный, самый дешевый металл. Нет другого конструкционного материала, который использовался бы так широко и на земле, и на воде, и в космосе.

Много веков знакомы металлы человеку и верно служат ему.… Без них мы сегодня себя не представляем. До М.В. Ломоносова были известны 7 металлов. «Семь металлов создал свет по числу семи планет», - говорили наши предки, а алхимики считали, что у каждого металла есть своя планета. Золото будто бы представлено на небесах Солнцем, серебро – Луною, медь связана тесными узами с Венерой, железо – с Марсом.

К 1788 году их список пополнился до 17 наименований. В первой половине 19 века были открыты щелочные и щелочно-земельные , а затем редкоземельные , радиоактивные и многие другие металлы. Из известных сегодня химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева 4/5 являются металлами (это 80 наименований металлов).

В нашей стране, как многим уже известно, наиболее интенсивно металлургия начала свое развитие в эпоху Петра I на Урале. Особым спросом пользовалось во многих странах Демидовское железо. Пока железо все еще остается основой металлургии и машиностроения, судостроения и транспорта. Но в последнее время у железа появилось много конкурентов: и алюминий, и ванадий, и бериллий, и титан. Широко используются (в первую очередь в авиастроении) сплавы на основе алюминия и магния. Высокий комплекс механических свойств позволяет использовать титановые сплавы в ракетной технике, для приборов, аппаратов и инструмента, используемого в медицинской технике, оборудования химической и нефтехимической промышленности. Недалеко время, когда металлы будут выплавляться и обрабатываться в космосе, а сырьем будет служить рудное сырье с луны и астероидов. (Лунные породы, например, оказались богаты торием, титаном, цирконием, иттрием.)

Длинный и сложный путь к прогрессу прошел человек. От каменного топора к меди и бронзе, к железу и металлам космической эры. Многие открытия еще впереди.

Сегодня мы знаем о металлах много, но далеко не все. Каждый из них обладает своими признаками, особенностями. В дальнейшем нам придется познакомиться с наиболее часто используемыми в машиностроении материалами-металлами.

4. Применение металлов и их сплавов

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

механически прочнее и твёрже,
со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
устойчивее к коррозии,
устойчивее к высоким температурам,
практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) % ). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.

Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.

Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.


Рис. \(7\). Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавления	Рис. \(8\). Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.

Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

Металлы в технике и сплавы

Металлы применяются во всех отраслях промышленности и хотя современная техника немыслима без использования не металлических материалов, всё равно металлы являются основной составляющей. В обиходе считается, что есть чёрные металлы и цветные. К чёрным относятся железо и его сплавы. Эти продукты являются важнейшими и основными конструкционными материалами в технике и в промышленном производстве. Остальные металлы относят к цветным.

Физические свойства металлов обуславливают применения их в различных технических устройствах и оборудовании. Металлы, обладающие высокой электропроводностью – серебро, медь, алюминий используют в электротехнической промышленности. Лёгкие и прочные металлы незаменимы в самолётостроении и авто строении. Автомобили, самолёты и другая транспортная техника не мыслима без титана и алюминия. Для улучшения потребительских свойств техники разрабатывают и применяют сплавы металлов. В частности, дюралюминий – сплав алюминия с медью, магнием и марганцем. Современные самолёты на 75-80% состоят из дюралюминия. Дюралюминий, обладающий лёгкостью алюминия и, благодаря добавкам, большой прочностью, сделал настоящею революцию в производстве самолётной технике. Строительство самолётов не обходится без других металлов и многие из них также представляют собой сплавы с улучшенными свойствам.

Чёрные металлы применяют в технике, подверженной длительным и тяжёлым нагрузкам. Это в первую очередь железнодорожная и сельскохозяйственная техника. Тяжёлая и постоянная нагрузка в железнодорожном транспорте требует использования самой прочных и недорогих материалов. По этим показателям лучшим считается чугун. Чугун используют при производстве вагонных колёс. Чтобы повысить долговечность работы пары колесо-рельс, соприкасающиеся детали делают из металлов с различными свойствами. Если колесо чугунное, с содержанием углерода не менее 2,14%, то рельсы – стальные с небольшим содержанием углерода, с добавками повышающими пластичность и вязкость металла.

Сельскохозяйственная техника работает не просто в полевых условиях, а в тяжёлых и напряжённых условиях. Металлы, используемые в сельхозтехнике должны быть прочными и долговечными. Здесь, конечно, незаменимы чугун и конструкционная сталь.

В чистом виде металлы, за исключением некоторых, в технике применяются редко. Современная химия и металлургия делают сплавы с улучшенными, чем у основы, свойствами, а главное свойства имеют узконаправленное действие – большую прочность, лучшую защиту от коррозии, более высокую электропроводимость и т.д.

В строительстве, в подавляющем большинстве случаев , используют чёрный металл. Несущий металлопрокат — трубы, швеллер, балки, делают из конструкционной стали. Этот материал применяют во всех сферах строительной индустрии. Особую популярность, в первую очередь при строительстве малоэтажных сооружений, приобрели в последнее время профильные трубы и оцинкованные лёгкие, тонкостенные конструкции.

Лестница из нержавеющей стали

Часто при строительстве даже небольших объектов используют целый спектр различных материалов. К примеру, при сооружении лестницы на металлокаркасе, сам каркас делают из конструкционной стали. Ограждения лестницы – из нержавеющей стали. Стойки, опоры, столбы лестниц, а также элементы холодной ковки делают из чугуна. Крепёжные элементы лестниц защищают цинком. Поручни и декоративные узлы лестниц хромируют и никелируют. Как видно, даже для небольшого строения – лестница, применяют достаточно большую номенклатуру металла.

Вся информация размещенная на сайте носит ознакомительный характер и ни при каких условиях не может считаться публичной офертой!

Применение металлов в технике

Материальный фундамент, на котором стоит современная человеческая цивилизация, образует железо. Из сплавов железа - сталей - изготовлена и построена подавляющая часть машин, аппаратов, сооружений. На долю железа от общего объема производства металлов приходится более 90%.

Второе место по масштабам использования занимает алюминий, хотя его история насчитывает всего около двух столетий. Конструкторов - создателей новой техники привлекают такие качества алюминия, как малая плотность (в 3 раза меньше, чем у меди и железа), пластичность при относительно высокой прочности, коррозионная стойкость. По электро- и теплопроводности он лишь немного уступает меди. В результате легирования другими элементами (Si, Мg, Ве, Тi, Сu, Ni) и термообработке удается получать сплавы, значительно превосходящие по прочности и твердости чистый алюминий. Благодаря этим свойствам алюминий является основным металлом в авиационной и ракетно-космической промышленности. Алюминий составляет примерно половину массы ракет, а в пассажирских самолетах его доля доходит до 2/3 или даже до 3/4. Непрерывно увеличиваются масштабы использования алюминия и в других видах транспорта.

В последние годы интенсивно развивается индустрия строительных конструкций из алюминиевых сплавов. Крупный потребитель алюминия - электротехническая промышленность: провода, кабели, обмотки моторов и трансформаторов, конденсаторы и др.

Коррозионная стойкость алюминия обусловлена образованием на его поверхности тончайшей (0,0001 мм) оксидной пленки, надежно защищающей металл от дальнейшего окисления воздухом.

Алюминий широко применяется и в металлургии: в качестве активного химического элемента-восстановителя для раскисления стали и в алюмотермических способах получения многих металлов и сплавов.

Третье место по объему производства и потребления занимает медь. Медь - главный металл электротехники, обладающий наивысшей электропроводностью (за исключением серебра). В сочетании с хорошей пластичностью и достаточно высокой прочностью медь является «идеальным» материалом для изготовления токопроводящих изделий: проводов, кабелей, контактов и др. Очень высокая теплопроводность меди делает ее незаменимой в производстве многих теплотехнических устройств: нагревателей, холодильников.

Широкое распространение в промышленности нашли сплавы меди с цинком (латуни) и с оловом (бронзы). Сплавы меди с никелем служат для изготовления монет (денежных знаков).

Примерно половина производимой меди в настоящее время используется в радиотехнике и электротехнической промышленности. Древнейший сплав меди с цинком - латунь и в настоящее время производится в больших количествах. Содержание цинка в латуни составляет 30-45%. Она применяется для изготовления различной арматуры, соприкасающейся с водой (краны, вентили и т.д.), а также для производства различных труб.

Добыча и производство рафинированной меди в мире резко увеличилось за последние 30 лет. Это связано, в первую очередь с увеличением спроса на металл, так как большие развивающиеся страны, такие как Китай, Индия и Бразилия вышли на мировой рынок. В тот же период крупнейшей областью добычи меди стала Южная Америка. Чили - лидер по добыче меди в мире.

Медь - важная составляющая в двигателях, радиаторах, соединителях, тормозах и других комплектующих, используемых в легковых автомобилях и грузовиках. Средний автомобиль содержит 1,5 километра медного провода, а общая масса медных деталей составляет от 20 килограммов в маленьких автомобилях до 45 килограмм в роскошных и гибридных автомобилях.

Никель. В течение почти 150 лет со времени открытия никель не находил промышленного применения. И лишь во второй половине XIX века, когда были открыты замечательные свойства никеля улучшать качество сталей, его производство начало быстро расти.

До 70% никеля используется в производстве жаропрочных и нержавеющих сталей. Совместно с другими металлами никель входит в состав твердых и сверхтвердых сплавов. Сплав «инвар» обладает очень малым коэффициентом термического расширения; сплав «нихром» используется в нагревательных приборах; упругий сплав «элинвар» - отличный материал для пружин; ряд никелевых сплавов обладает высокими магнитными свойствами. Всего в технике и в быту используется более 3000 сплавов, в состав которых входит никель.

Никель используется как катализатор ряда химических процессов, как прекрасное декоративное и антикоррозионное покрытие других металлов (меди, железа). В промышленности налажено широкое производство железоникелевых щелочных аккумуляторов. Находят применение и некоторые соли никеля.

Магний. Одной из отличительных особенностей магния является его низкая плотность - 1,74 г/см 3 , что в 4,5 раза меньше, чем у железа и в 1,5 раза меньше, чем у алюминия. Ученым удалось создать с участием магния ряд сплавов - легких, прочных, термостойких. Для легирования Мg используют Тi, Аl, Zn, Мn, Ве, Li, Сd, Се, Сu.

Элементы ракет и ядерных реакторов, детали моторов, баки для бензина и масел, корпуса вагонов, автобусов, легковых автомобилей, колеса, фото- и киноаппараты - вот неполный перечень изделий из магниевых сплавов. Немаловажную роль играет магний и в металлургии: в качестве раскислителя сталей, восстановителя ряда других металлов (титана, ванадия, хрома, циркония), для модификации чугунов. Наконец, оксид магния используют для производства огнеупорных материалов, применяющихся при строительстве металлургических печей.

Не потеряли своей ценности и старые хорошо известные человеку металлы. Цинкиспользуют в качестве антикоррозионного покрытия железа, для изготовления электрических батарей, в качестве осадителя золота и серебра из цианистых растворов, для производства сплавов с медью и другими металлами. Олово входит в состав сплавов с Сu и Рb - бронз и бабиттов (материалов для изготовления подшипников скольжения). Около одной трети свинцарасходуется на производство электрических аккумуляторов для автомобильного и других видов транспорта; свинцовыми пластинами облицовывают помещения для защиты от проникающих излучений (рентгеновских лучей, излучения радиоактивных изотопов); свинцом покрывают внутренние поверхности многих химических реакторов (учитывая его высокую химическую стойкость против воздействия некоторых кислот и щелочей).

Благодаря своей химической стойкости, привлекательному внешнему виду и высокой стоимости золото и серебро в эпоху развития товарно-денежных отношений приобрели значение меновых эквивалентов и меры стоимости, выполняя функции денег. В дальнейшем функции денежного эквивалента стало выполнять только золото.

Из благородных металлов и сплавов изготавливают припои, электроконтакты, термосопротивления, термопары, фильеры для искусственного волокна, постоянные магниты, нагреватели лабораторных печей, химическую посуду, антикоррозионные покрытия на других металлах, медицинский инструмент, катализаторы, зубные протезы, ювелирные, наградные и другие изделия промышленного и бытового назначения.

Серебро находит широкое применение в химической промышленности в качестве катализатора ряда химических процессов, в производстве светочувствительных эмульсий для фото- и киноматериалов (до недавнего времени). Значительное количество серебра расходуется на изготовление припоев, применяемых при пайке. Серебряные припои образуют прочные и пластичные спаи. Их стойкость к окислению послужила причиной широкого применения в авиационной и космической технике, а высокая электропроводность - в электротехнике. Золото и серебро в настоящее время кроме производства ювелирных изделий используют в электронных приборах – для изготовления надежных неокисляющихся контактов.

Наряду с электронной промышленностью потребителями золота выступают и другие отрасли: химическая, аэрокосмическая, часовая, легкая, а также архитектура. Использование золота в этих отраслях может быть объединено термином «золочение». Золотом стали покрывать архитектурные детали, а также купола церквей, мечетей и соборов.

По итогам 2011 года Россия добыла и произвела 212 тонн золота.

В результате технической революции середины XX века появились новые процессы, технологии, отрасли промышленности: электроника, ядерная энергетика, ракетно-космические комплексы. Оказалось, что многие редкие металлы способны удовлетворять заданным требованиям.

Бериллий – высокая радиационная стойкость (замедлитель нейтронов в ядерных реакторах), самая высокая удельная прочность (отношение прочности к плотности).

Литий – самый легкий металл (вдвое легче воды), литиевые аккумуляторы (срок службы в 3 раза, емкость в 6-7 раз выше), литиевые смазки (-60 о С).

Вольфрам, молибден – нагреватели в электропечах, выплавка легированных сталей (инстр., быстрореж., жаропроч.), производство твердых сплавов (инструменты).

Титан - реактивная авиация, ракетно-космическая техника, твердые, жаростойкие сплавы (карбид титана).

Цирконий – изготовление элементов ядерных реакторов (трубы, оболочки), огнеупоры, фарфор, эмали (ZrO₂).

Уран – основное горючее ядерных реакторов.

Германий – полупроводниковая электроника.

Рений – химическая и нефтяная промышленность в качестве катализаторов, электровакуумная техника.

Селен, теллур – электро- и радиотехника, фототранзисторы, солнечные батареи, термоэлектрические устройства.

Основные идеи славянофильства: Славянофилы в своей трактовке русской истории исходили из православия как начала.

Роль химии в жизни человека: Химия как компонент культуры наполняет содержанием ряд фундаментальных представлений о.

Поиск по сайту

Роль металлов в современной технике

СОДЕРЖАНИЕ

1. Роль металлов в современной технике………………………………………..3

2. Тенденция создания и рационального выбора конструкционных материалов. ……………………………………………………………………. 5

3. Испытание на усталостную прочность.……………………………………….9

Роль металлов в современной технике

Сплавы — это металлообразные макроскопически однородные вещества, обладающие металлическими свойствами и состоящие из двух или более химических элементов.

Составной частью сплава может быть любой элемент, хотя в значительных количествах в них содержатся только металлы. По свойствам сплавы практически всегда отличаются от исходных веществ. Могут быть улучшены качества того металла, который лег в основу. Например, чугун и сталь превосходят железо по твердости и прочности. Очень часто они приобретают свойства, которые отсутствовали у составляющих, например устойчивость к той или иной агрессивной среде, способность выдерживать высокие температуры, магнитные свойства и т. д. Словом, металл в сплаве как бы обретает новые качества, и возникают материалы, без которых сегодня немыслим прогресс.

Ядерная энергетика немыслима без металлов или сплавов, устойчивых к коррозии при одновременном воздействии радиоактивного излучения. Все новые и новые сплавы, более легкие, прочные и выносливые, требуются авиационной и космической технике. Полупроводниковая промышленность стала мощно развиваться, когда были найдены методы получения чистых металлов.

Подводя итоги развития нашей страны за прошедшие годы и определяя основные задачи по развитию народного хозяйства, науки и техники как на ближайшие годы, так и перспективу на дальнейшее развитие, в качестве основ такого развития необходимо включить задачи которые выдвигают на первый план использование не только и не столько самих металлов в чистом виде, но в гораздо большей степени их различных сплавов.

Сейчас на первое место по объему применения выходят титановые сплавы. Они характеризуются малой плотностью (4,5 г/см3), высоким пределом прочности, хорошей коррозийной стойкостью (большей, чем у нержавеющей стали) и высокой жаропрочностью. Титановые сплавы превосходят высокопрочные конструкционные стали и алюминиевые сплавы и являются ценным конструкционным материалом в ракетостроении, авиационной промышленности, судостроении, химической промышленности и при изготовлении некоторых деталей ядерных реакторов. В промышленности применяют изделия из титана в виде листов, прутьев, проволоки, труб, поковок и штамповок. Для получения титановых сплавов с более ценными свойствами титан легируется различными металлами — алюминием, хромом, железом, марганцем, молибденом, ванадием и др.

Все шире человек использует энергию атома. К металлам и сплавам атомной техники предъявляют особые требования, так как они подвергаются облучению. Оно влияет на физико-механические свойства металлов: повышаются твердость и прочность, снижаются пластичность и вязкость, падает плотность, увеличивается скорость коррозии и усиливается процесс старения. К материалам, используемым для постройки реакторов, предъявляют особые требования, например сопротивляемость разрушению от излучения и отсутствие радиоактивных продуктов. Для строительства ядерных реакторов применяют чаще всего бористые стали, а также бериллий, цирконий и их сплавы. В атомном реакторе в качестве ядерного горючего применяют металлы уран, плутоний и торий.

Пробивают себе дорогу композиционные материалы. Легкие, прочные и устойчивые к коррозии и действию температур, они знаменуют собой технику грядущего дня

Читайте также: