Название сплавов металлов таблица

Обновлено: 12.05.2024

СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов (см. табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава – распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в кристаллах.

Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечисляются наиболее важные сплавы промышленного значения и указываются основные области их применения.

Сталь.

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. См. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ.

Чугун.

Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала. См. также МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ.

Сплавы на основе меди.

В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Свинцовые сплавы.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды ( ~ 70 ° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.

Легкие сплавы.

Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.

Алюминиевые сплавы.

К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175 ° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.

Магниевые сплавы.

Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.

Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов. См. также СВАРКА.

Титановые сплавы.

Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600 ° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.

Титановые сплавы ковки до температур около 1150 ° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430 ° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.

В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4 представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с указанием получаемых при этом свойств.

Бериллиевые сплавы.

Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит. См. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ и статьи по отдельным металлам.

Какие бывают сплавы металлов список

Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:

метод изготовления:
порошковые;
технология производства:
деформируемые;
порошковые;
однородность структуры:
- гомогенные;

Виды сплавов по их основе

Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.

Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.

Свойства сплавов

Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.

Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.

Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.

Алюминий

Самым распространенным на земле элементом после кислорода и кремния является алюминий — металл серебристо-белого цвета. Он хорошо прокатывается, штампуется и куется. Только трудность высвобождения чистого алюминия из его различных соединений препятствует ему стать самым дешевым и наиболее распространенным металлом на земле. Благодаря своей легкости (в 3 раза легче железа) алюминий и его сплавы нашли широкое применение в промышленности.

Все больше используется алюминий в быту — из него изготовляют посуду, легкую мебель и другие изделия. Нужно иметь в виду, что в домашних условиях алюминий трудно паять и сваривать.

Основные виды сплавов

Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.

Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств. Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы. Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор.

Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических. Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях. До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.

Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.

Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.

Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.

Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.

Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.

Классификатор металлов по ГОСТ

Если рассматривать метлы с точки зрения геологии и распространения в природе, их делят на две большие группы: черные и цветные. Об этом мы уже говорили выше. В химии деление происходит по 4 направлениям, но чтобы привести виды металлов к общему знаменателю, необходимо более точное разделение. Начнем с основного типа классификации: металлы и сплавы. Металлы – это материалы, используемые в чистом, или практически чистом виде. Здесь допускаются примеси, но в незначительной степени, то есть те, которые не способны оказать влияния и изменить технические характеристики. Сплавами называют соединения, с высоким содержанием двух и более элементов.

Для того чтобы сплав получил маркировку, в его составе должно быть не менее 50 процентов основного компонента. То есть, если мы берем бронзу, то понимаем, что в ее составе больше половины занимает медь, а остальное делится между другими металлическими компонентами. Чистые металлы, в свою очередь, делятся на стали и чугуны. Эти металлы имеют в составе углерод. Если его содержание не превышает 2,14 %, его называют сталью. Свыше этого значения уже чугун.

Классификация металлов

Чтобы привести все виды металлов к единому стандарту качества, необходимо разделить их на группы. Таких групп 3:

Стали,
Чугуны,
Сплавы на основе цветных металлов.

Каждая группа имеет деление на подгруппы. У стали это:

углеродистая,
легированная,
специальная.

Углеродистая сталь не имеют легирующих, то есть изменяющих структуру элементов. Допускаются примеси, но в незначительном количестве. Углеродистая сталь в свою очередь делится на инструментальную и конструкционную. Кардинальные различия заключаются в процентах содержания в составе углерода. Конструкционная сталь содержит не более 0,6%, а инструментальная от 0,7 до 1,5%. Далее конструкционная сталь делится на обычное качество и высокое. В обычном качестве допускаются примеси серы и фосфора, но в количестве, не превышающем 0,3 процента. Соответственно высококачественная сталь не предусматривает наличия этих элементов в составе, или их количество должно быть меньше установленной нормы.

Далее легированная сталь, то есть материал, имеющий в составе компонент, влияющий на качественные характеристики сплава. Список легирующих элементов довольно большой, и здесь его приводить не имеет смысла. Содержание легирующего элемента начинается от 2,5%. Такая сталь называется низколегированной. Если в составе от 2,5 до 10 процентов, это уже среднелегированная марка, а при содержании свыше 10 процентов, получается высоколегированная сталь.

Помимо этого легированные стали делятся по назначению. Здесь три группы:

инструментальная,
конструкционная,
специальная

В стандартизации каждый элемент имеет буквенное обозначение, а для причисления легированной стали к тому или иному классу используется отдельный список. Все легированные стали обозначаются сочетанием букв и цифр. Для примера рассмотрим такое соединение: 10Г2СД.

Первая цифра здесь – это количество углерода в сотых долях процента. Далее буква Г, в классификаторе означающая марганец. Следующая за буквой Г цифра 2 говорит нам о том, что марганец в этом составе присутствует в двухпроцентной доле. И последние две буквы – это дополнительные элементы, процентная доля которых менее 1,5%. В данном случае сюда добавлены медь и кремний.

Последний вид стали – специальный. Он делится на несколько групп:

строительная,
подшипниковая,
арматурная,
котельная,
автоматная.

Соответственно для каждой группы имеются свои стандарты.

Далее идут чугуны, делящиеся на три группы:

белый,
отбеленный,
и графитизированный.

У каждой группы также имеется свое разделения, но наибольший интерес представляет графитизированный чугун, который делится на:

серый,
вермикулярный,
ковкий
и высокопрочный.

Отношение к какой-либо группе определяется процентным соотношением углерода к металлу в составе, а также наличию примесей, допустимых стандартами, то есть ГОСТами.

И, наконец, последняя крупная группа – сплавы на основе цветных металлов. Здесь очень много разделений и видов классификации, поэтому остановимся на трех основных категориях, и представим их в виде таблиц:

Поиск сплава в классификаторе ГОСТ

Государственные стандарты четко определяют не только виды металлов и сплавов, но и качество производства заготовок для дальнейшей обработки и производства металлоизделий. Реестр очень большой, и первый пункт, который нам нужен – металлы и металлические изделия.

Далее переходим в необходимый раздел. Углеродистая и качественная сталь имеет маркировку В2 и В3 соответственно, а цветные металлы и их сплавы находятся в разделе В5. Также имеет смысл поискать в разделе В8, где перечислены стандарты литейных отливок.

Если мы говорим про изготовление крепежа, наибольший интерес представляет раздел В5, а внутри него подраздел В51.

Перед нами открывается список всех ГОСТов, связанных с этими определениями.

Он довольно большой, и не зная конкретного номера найти необходимую статью довольно сложно. Если же номер известен изначально, то на сайте ГосСтандарта есть готовый поиск, куда необходимо внести свой номер, чтобы сразу получить доступ к необходимому элементу.

Цинковые сплавы

Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.

Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.

Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.

Область применения титановых сплавов

Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:

химическая;
атомная;
криогенная;
судостроительная;
протезирование.

Бронза

Оловянистые бронзы хорошо отливаются в формы. Из них делают различную арматуру, подшипники, антифрикционные детали, а также художественные литые изделия, памятники и т. д.

Наряду с железом, сталью и медью в промышленности и быту широко используется цинк. Сотни тысяч тонн этого металла ежегодно идут на покрытие для защиты от коррозии стальных труб, контейнеров, кровельного железа. Во влажном воздухе цинк, подобно меди, покрывается пленкой, предохраняющей нижние слои от коррозии.

Алюминиевые сплавы

Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.

Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.

Алюминиевые сплавы подразделяют на:

Для литья под давлением (с марганцем).
Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).

Основные преимущества соединений алюминия:

Малый удельный вес.
Долговечность.
Устойчивость к холоду.
Хорошая обрабатываемость.
Электропроводность.

Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.

Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.

Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.

Слитки из алюминиевых сплавов

Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.

Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.

О черных металлах

К данной группе относят железо, а также его сплавы (чугун, ферросплавы). По сути, черные металлы – это сплав железа с углеродом, но помимо этого в составе есть и другие химические элементы, например сера, фосфор, кремний и др. Если нужно придать сплаву специфические свойства, необходимые для выполнения определенных целей, добавляются легирующие вещества, в качестве которых чаще всего выступает медь, хром или никель. Классифицируются все виды черных металлов по содержанию углерода. Так, существуют следующие сплавы:

Самый легкоплавкий металл: свойства и использование

Каждый металл и их сплавы имеют различные свойства. Одно из таких свойств — температура плавления. Каждый металл плавится при разной температуре. Все что нужно для перевода вещества из твёрдого состояния в жидкое — источник тепла, который будет разогревать металл до определенной температуры.

Так как у каждого металла температура плавления различная, можно определить менее устойчивый металл к температуре и более. Так самый легкоплавкий металл — ртуть, он готов перейти в жидкое состоянии при температуре равно 39 градусов по цельсию. А вот вольфрам( из чего собственно и сделаны вольфрамовые электроды для аргоновой сварки), расплавится только по достижению температуры в 3422 градусов цельсии.

Что касается сплавов, таких как сталь и прочих, определить температуру, при которой те будут плавиться, довольно сложно. Вся сложность в их составе… Так как состав разный, то и температура плавления различная. Как правило, для сплавов указывается диапазон температур, при которых он будет плавиться. Вообще, температура плавления металлов интересная тема.

Способы плавления

Способов плавления два — внешний и внутренний. Каждый из способов по своему эффективен. Во время применений внешнего способа плавления, на металл или сплав воздействуют теплом с наружи, на пример в печи. А в случае с внутренним, через металл пропускается высокий разряд электрического тока или воздействуют электромагнитным полем.

На фото индукционный электромагнитный нагреватель металла для кузнечного дела.

Суть понятия самого легкоплавкого металла

Для специалистов больше знакомо понятие «тугоплавкость». Хотя слово «легкоплавки» и является антонимом в языковом аспекте, на практике – это один из пунктов к общей классификации в промышленности. По своей сути, любой элемент, имеющий температуру плавления менее 600 градусов по Цельсию, называют легкоплавким. Некоторые источники ставят планку вхождения в группу еще ниже – до 500 градусов Цельсия.

Классификация металлов по плавкости:

легкоплавкие. Температура плавления элементов обязана быть ниже 600 градусов по Цельсию;

Процесс плавления одинаковый для всех металлических элементов – либо внешнее воздействие, либо внутреннее. В первом случае – это расплавка в печах, а во втором – разогревание через пропуск электрического тока сквозь металл. Иногда используется индукционный нагрев в электромагнитном поле с высокой частотой.

Процесс плавки металла через призму науки:

Разогрев до температуры плавления.
Увеличение амплитуды тепловых колебаний молекул внутри металла.
Возникновение дефектов в структуре решетки материала.
Межатомные связи разрываются + параллельно затрачивается энергия.
Образование на поверхности квазижидкого слоя.
Постепенное разрушение решетки и накопление дефектов, что и принято называть процессом плавления.

В зависимости от температуры плавления, выбирают аппараты из сплавов, способных выдержать пиковые значения. Для легкоплавких металлов вопрос решается проще всего.

Второй весомый параметр – температура кипения металла. В 95% случаев она в 2 раза выше температуры плавления. Между собой эти две величины являются прямо пропорциональными + при снижении/увеличения давления на материал, снижается и его показатели плавления с кипением.

10 самых крепких металлов в мире

Таблицы плавления металлов и сплавов

Ниже, представлены таблицы, для наглядного знакомства с температурами плавления тех или иных металлов и их сплавов.

Таблица температуры плавления легкоплавких металлов и сплавов

Таблица с температурами плавления легкоплавких металлов

Название	Обозначение	Плавление	Кипение
Олово	Sn	232°C	2600°C
Свинец	Pb	327°C	1750°C
Цинк	Zn	420°C	907°C
Калий	K	63,6°C	759°C
Натрий	Na	97,8°C	883°C
Ртуть	Hg	38,9°C	356.73°C
Цезий	Cs	28,4°C	667.5°C
Висмут	Bi	271,4°C	1564°C
Палладий	Pd	327,5°C	1749°C
Полоний	Po	254°C	962°C
Кадмий	Cd	321,07°C	767°C
Рубидий	Rb	39,3°C	688°C
Галлий	Ga	29,76°C	2204°C
Индий	In	156,6°C	2072°C
Таллий	Tl	304°C	1473°C
Литий	Li	18,05°C	1342°C

Таблица температуры плавления среднеплавких металлов и сплавов

Таблица температур плавления среднеплавких металлов и сплавов

Название	Обозначение	t Плавления	t Кипения
Алюминий	Al	660°C	2519°C
Германий	Ge	937°C	2830°C
Магний	Mg	650°C	1100°C
Серебро	Ag	960°C	2180°C
Золото	Au	1063°C	2660°C
Медь	Cu	1083°C	2580°C
Железо	Fe	1539°C	2900°C
Кремний	Si	1415°C	2350°C
Никель	Ni	1455°C	2913°C
Барий	Ba	727°C	1897°C
Бериллий	Be	1287°C	2471°C
Нептуний	Np	644°C	3901,85°C
Протактиний	Pa	1572°C	4027°C
Плутоний	Pu	640°C	3228°C
Актиний	Ac	1051°C	3198°C
Кальций	Ca	842°C	1484°C
Радий	Ra	700°C	1736,85°C
Кобальт	Co	1495°C	2927°C
Сурьма	Sb	630,63°C	1587°C
Стронций	Sr	777°C	1382°C
Уран	U	1135°C	4131°C
Марганец	Mn	1246°C	2061°C
Константин	1260°C
Дуралюмин	Сплав алюминия, магния, меди и марганца	650°C
Инвар	Сплав никеля и железа	1425°C
Латунь	Сплав меди и цинка	1000°C
Нейзильбер	Сплав меди, цинка и никеля	1100°C
Нихром	Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия	1400°C
Сталь	Сплав железа и углерода	1300°C — 1500°C
Фехраль	Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния	1460°C
Чугун	Сплав железа и углерода	1100°C — 1300°C

Таблица температуры плавления тугоплавких металлов и сплавов

Таблица температур плавления тугоплавких металлов и сплавов

Название	Обозначение	t Плавления °C	t Кипения °C
Вольфрам	W	3420	5555
Титан	Ti	1680	3300
Иридий	Ir	2447	4428
Осмий	Os	3054	5012
Платина	Pt	1769,3	3825
Рений	Re	3186	5596
Хром	Cr	1907	2671
Родий	Rh	1964	3695
Рутений	Ru	2334	4150
Гафний	Hf	2233	4603
Тантал	Ta	3017	5458
Технеций	Tc	2157	4265
Торий	Th	1750	4788
Ванадий	V	1910	3407
Цирконий	Zr	1855	4409
Ниобий	Nb	2477	4744
Молибден	Mo	2623	4639
Карбиды гафния	3890
Карбиды ниобия	3760
Карбиды титана	3150
Карбиды циркония	3530

Получение тугоплавких материалов

Основная трудность, встречающаяся при получении тугоплавких металлов и сплавов, это их высокая химическая активность, которая мешает быть элементу в чистом виде.

Установка для получения тугоплавких металлов

Наиболее распространенной технологией получения считается порошковая металлургия. Существует несколько способов получить порошок тугоплавкого металла.

Восстановление с помощью триоксида водорода. Такой метод включает в себя несколько этапов, оборудование для обработки — это многотрубные печи, с диапазоном температур от 750 до 950 °С. Данный способ применяется для получения молибдена и вольфрама.
Восстановление водородом из перрената аммония. При температуре около 500 °С, на заключительном этапе, полученный порошок, отделяют от щелочей с помощью кислот и воды. Применяется для получения рения.
Соли различных металлов также применяются для получения порошка молибдена. Например, используют соль аммония металла и его порошок не более 15% от общей массы. Смесь нагревается до 500-850 °С при помощи инертного газа, а затем технология производства предусматривает провести восстановление водородом при температуре 850 — 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов

Полученный этими способами порошок в дальнейшем подвергают к спеканию в специальные формы, для дальнейшей транспортировки и хранения.

На сегодняшний день, эти способы получения чистых тугоплавких металлов продолжают дорабатываться и применяются новые техники извлечения материала из горных пород. С развитием ядерной энергетики, космической отрасли, металлургии, мы в скором времени сможем наблюдать появление новых методов, возможно более дешевых и простых.

Самый тугоплавкий металл в мире расплавили ученые ИЯФ

Тончайший электронный пучок. Скорость – полмиллиметра в секунду. Самый тугоплавкий материал – карбид гафния – поддается за считанные минуты. Сибирские ученые разработали уникальный подход – прямо в электронно-лучевой установке получают карбид из исходных порошкообразных материалов. Тут же материал плавят в готовое изделие, как в 3D принтере. При такой технологии улучшаются и свойства материала. Раньше его синтезировали в огромной печи и только потом делали расплав.

Извержение в жерле вулкана моделируют ученые Академгородка

– При стандартной технологии просто получаются зерна, требуется очень много время, чтобы они соединились друг с другом. Но все равно остается пористость, которая ухудшает свойства конструкционных материалов. А когда мы ударили электронным пучком, металл не просто расплавился, он стал испаряться, это слишком высокое воздействие, а дальше пошла поверхность ровная и гладкая, – рассказывает старший научный сотрудник Института химии твердого тела Алексей Анчаров.

За один сеанс в установке можно изготовить и многослойное изделие – соединить тугоплавкий слой и, например, теплоизоляционный, который защитит от вредного воздействия. Исследование невозможно было бы без уникальной разработки сибирских физиков.

– Обычный электронный пучок чаще всего используется прямой, в нашем случае – пучок поворачивается на 90 градусов, потому что когда идет испарение, мощный поток паров может попадать на катод и вывести его из строя, – поясняет сотрудник Института ядерной физики Юрий Семенов.

Изделия из карбида гафния можно поставить и на промышленный поток, изготовив штампы и трафареты. То есть снизить цену и временные затраты на производство ядерных ректоров, космических ракет и ускорителей.

– Вы сами понимаете, самый высокотемпературный материал находит применение не только в гражданской области. Поэтому в первую очередь он идет на другие применения, тут пока информации нет, – сообщил старший научный сотрудник Института химии твердого тела Алексей Анчаров.

Дальше ученые разработают оптимальные параметры для автоматизации процесса получения и расплава карбида. Есть и конкретное задание – изготовить новый катод для ускорителя ИЯФ. Детали из самого тугоплавкого материала прочнее и долговечнее и сокращают энергозатраты.

Все выпуски новостей телеканала ОТС, а также программы «Итоги недели», «ПАТРИОТ», «Экстренный вызов», «Пешком по Новосибирской области», «ДПС – дорога. Перекресток. Судьба», «От первого лица» выложены на сайте YouTube.

Применение и нахождение в природе

Самый легкоплавкий металл в мире находится в природе очень рассеяно. Общая его концентрация в земной коре составляет примерно 83 мг/т, что делает его довольно редким элементом. В больших количествах он находится в глинистых сланцах и сульфидных минералах, в особенности в сфалеритах и антимонитах. Встречается в ливингстонитах и метациннабаритах.

Несмотря на свою токсичность, ртуть применяется во многих сферах, например, в металлургии, медицине, химической промышленности, машиностроении, электротехнике и даже сельском хозяйстве. Самый легкоплавкий металл подходит для наполнения энергосберегающих ламп, термометров и барометров.

В тяжёлой промышленности вещество используют для ртутнопаровых турбин, вакуумных установок и диффузионных насосов. Им наполняют измерительные приборы, аккумуляторы, сухие батареи. Ртуть участвует в производстве кондиционеров, холодильников и стиральных машин. В сельском хозяйстве её применяют в составе пестицидов.

Свойства ртути

Итак, самый легкоплавкий металл – это ртуть. Для её плавления нужна температура от 234,32 К или -38,83 °С. Кроме неё, при низких температурах плавятся свинец, таллий, галлий, висмут, олово, кадмий. Закипает ртуть при 629,88 К или 356,73 градусов Цельсия, а при 4,155 К ведёт себя как сверхпроводник.

Она обладает серебристо-белым цветом с ярко выраженным блеском. В периодической таблице ей присвоен номер 80. Это единственный металл, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. В твёрдом состоянии она обладает ромбоэдрической решеткой.

Смотреть галерею

Самый легкоплавкий металл малоактивен при небольших температурах. В таких условиях он слабо реагирует на окислительные растворы и многие газы. Не вступает в реакцию он и с кислородом воздуха, хотя прекрасно растворяется в царской водке.

С другими металлами ртуть образует различные сплавы, амальгамы. С органическими соединениями образует очень прочные связи. С хлором или йодом соединяется после нагревания, образуя ядовитые и практически не диссоциирующие вещества.

Таблица "Сплавы, их состав, свойства и применение"

Титановые сплавы классифицируют по технологии изготовления на деформируемые и литейные; по механическим свойствам  на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные и повышенной пластичности; по способности упрочняться с помощью термической обработки - на упрочня емые и неупрочняемые термообработкой. В литейных титановых сплавах в конце марки указывается буква «Л», например, ВТ20Л, ВТ3-1Л

Черные металлы

примеры марок

Чугуны

обозначается буквами СЧ далее следует цифровое обозначение предела на растяжение в МПа

СЧ10; СЧ15; СЧ20; СЧ25; СЧ30; СЧ35

СЧ10 и СЧ15 используют для строительных опор, фундаментных плит и т.д., чугун остальных марок для корпусов насосов, редукторов, подшипников, кареток, маховиков, станин станков, цилиндров и т. д.

Чугун с вермикулярным графитом

обозначается буквами ЧВГ, далее следует цифровое обозначение предела прочности при растяжении в МПа

ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ40,

детали общего и специального машиностроения, работающие при значительных переменных механических нагрузках (детали двигателей внутреннего сгорания, корпуса газовых турбин и компрессоров, изложницы, поддоны, и т.д.)

Ковкий чугун с компактным (хлопьевидным) графитом

маркируют буквами КЧ и цифрами обозначающими: первое предел прочности при растяжении, МПа; второе относительное удлинение, %

КЧ30-6; КЧ33-8; КЧ35-10; КЧ37-12; КЧ45-7; КЧ50-

5; КЧ60-3; КЧ65-3; КЧ70-2; КЧ80-1,5

корпуса редукторов, ступицы, крюки, задние мосты автомобилей, гайки, фланцы муфт, карданные валы, тормозные колодки и другие изделия

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом

маркируют буквами ВЧ и цифрами, показывающими предел прочности при растяжении, МПа

ВЧ35; ВЧ40; ВЧ45; ВЧ50; ВЧ60;

ВЧ70; ВЧ80; ВЧ100

прокатные валки большой массы, траверсы прессов, корпуса турбин, поршни, коленчатые валы и другие детали ответственного назначения

В обозначении марки: АЧ -антифрикционный чугун;

С - серый с пластинчатым графитом; В-высокопрочный

с шаровидным графитом; К-ковкий с компактным графи-

том; цифра порядковый- номер марки

ü с пластинчатым графитом АЧС-1, АЧС-2, АЧС-6;

ü с вермикулярным графитом АЧВ-1, АЧВ-2;

ü с компактным графитом АЧК-1, АЧК-2.

для отливок, работающих в узлах трения, выделен в от-

Легированные чугуны со специальными свойствами

ИЧХ4Г7Д – износостойкий чугун, легированный 4% Cr, 7% Mn и до 1% Cu; ЖЧХ2,5 – жаростойкий чугун, легированный 2,5% Cu; ЧХ32 – хромистый чугун с 32% Cr; ЧН19Х3Ш – чугун никелевый жаропрочный с 19% Ni, 3% Cr с шаровидным

Стали

ОБЫКНОВЕННЫЕ: буквы Ст обозначают "Сталь", цифры – условный номер марки, буквы "кп", "пс", "сп" - степень раскисления ("кп" кипящая, "пс" – полуспокойная, "сп" – спокойная); буква "Г" свидетельствует о повышенном содержании марганца (до 0,8…1,2 %). Условный номер марки соответствует определѐнному содержанию углерода в стали.

Ст0, Ст1кп, Ст1пс,Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп

являются основным металлическим материалом, применяемым в машиностроении и в строительных металлоконструкциях

КАЧЕСТВЕННЫЕ: "Ст" в марке стали не пишется, а ставятся двузнач- ные числа, показывающие содержание углерода в сотых долях процента. При этом допускается слово "Сталь" перед маркой для пояснения. По степени раскисления сталь обозначают: ки- пящую – "кп", полуспокойную – "пс", спокойную – без индекса. Буква «Л» в конце марки означает – литейная.

08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60; 05кп, 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, 11кп, 15кп, 15пс, 18кп, 20кп и 20пс; 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л

предназначена для изготовления отливок

Маркируют буквой У с цифрой, обозначающей среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. Для высококачественных вконце марки добавляют букву А

У7, У8, У10, У10А, У12А, У13А

зубила, штамповую ос настку, молотки, ножи, метчики, отвертки и другие изделия, кото рые подвергаются ударным нагрузкам. Так же изготовля ют напильники, надфили, фрезы, развертки, плашки, ножовочные полотна .

А – азот ( N ) только

в середине обозначения

Маркируются цифрами и буквами. Двузначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквы русского алфавита обозначают легирующий элемент. Основная масса легированных конструкционных сталей выплавляется качественными. Высококачественные легированные стали обозначаются буквой "А", по- мещѐнной в конце марки. Особовысоко- качественная сталь обозначается буквой «Ш», располагае- мой в конце марки (например, 30ХГС-Ш, 30ХГСА-Ш). Если буква «А» расположена в середине марки (например, 16Г2АФ), то сталь легирована азотом. При обозначении литейной легированной стали к марке конструкционной легированной стали добавляется буква «Л», которая ставится в конце обозначения, например, 15ГЛ, 40ХНЛ и т.д.

15Х, 10Г2СД, 20Х2Н4А, 30ХГС, 30ХГСА,

В машиностроении из легированных конструкционных сталей изготовляют детали ответственного назначения – шестерни, толкатели, оси, плунжеры, гайки, болты, червяки, кулачки, звездочки, рессоры, пружины, сварные конструкции в самолетостроении, шпиндели, валы и т.д.

В марках легированных инструментальных сталей цифра в начале марки указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание менее 1 %. При содержании углерода в сталях более 1 % цифру не пи шут. Расшифровка марок инструментальных сталей по содержанию легирующих элементов такая же, как для конструкционных сталей. Все инструментальные легированные стали всегда высококачественные и поэтому в обозначениях этих сталей буква «А» не ставится.

Для режущего инструмента:7ХФ,

9ХФ,9ХС,9ХВГ,9Х5ВФ,Р6М5,Р9,Р12,Р18,Р6МЗ,Р9К5,Р9К10,Р18К5Ф2 Буква«Р»обозначает«режущая»,цифра, после«Р»,содержание вольфрама (от 8 до 19%);

Для штампов холодного и горячего деформирования и накатного инструмента Х6ВФ, 9X1, Х12Ф1, ХВГ, ЗХ2В8Ф,4Х8В2,5ХНВС,4ХС,В2С,6Х6ВЗМФС, 8Х4ВЗМЗФ2

Это стали, обладающие специальными свойствами – например, жаропрочные, жаростойкие, коррозионно-стойкие и т.д. Например, для изготовления различного рода высокотемпературных установок, деталей печей и газовых турбин применяют жаростойкие стали 12Х17, 15Х25Т, 20Х23Н13, 36Х18Н25С2 . Содержание углерода и легирующих элементов в марках этих сталей определяют так же, как и в марках конструкционных сталей. При обозначении литейной стали со специальными свойствами к марке стали добавляется буква «Л», которая ставится в конце марки, например: 20Х23Н13Л и т.д.

Строительные стали : С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, С390, С390К, С440, С440Д, С590, С590К. Буква «С» в наименовании означает сталь строительную, цифры - предел текучести _т в Н/мм 2 (МПа)

Арматурные стали: Горячекатаная арматура имеет следующие классы: A-I(А240), A-II(А300), A_с-II(А300), A-III(А400), A-IV(А600), A-V(А800) и A-VI(А1000).Термомеханически упрочнѐнная арматура имеет следую- щие классы прочности: Ат400С, Ат500С, Ат600, Ат600С, Ат600К, Ат800, Ат800К, Ат1000, Ат1000К, Ат1200. Буква «А» в обозначении указывает, что сталь арматурная, буква «т» – термомеханически упрочнѐнная, цифры обозначают предел текучести _т в Н/мм 2

Подшипниковые стали: для изготовления деталей подшипников (колец, шариков, роликов) считаются конструкционными, но по составу и свойствам относятся к инструментальным, марок ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС. В обозначении марок буква Ш означает подшипниковую сталь; Х – наличие хрома; число – его содержание в десятых долях процента (0,4; 1,5; 2,0 соответственно); Г и С – леги- рование марганцем (до 1,7 %) и кремнием (до 0,85 %).

Сплавы металлов

Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д. Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла. В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.

Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.

Классификация однородности сплавов

Классификация

метод изготовления:
- литые;
- порошковые;
технология производства:
- литейные;
- деформируемые;
- порошковые;
однородность структуры:
- гомогенные;
- гетерогенные;

черные (железо);
цветные (цветные металлы);
редких металлов (радиоактивные элементы);

двойные;
тройные;
и так далее;

тугоплавкие;
легкоплавкие;
высокопрочные;
жаропрочные;
твердые;
антифрикционные;
коррозионностойкие и др.;

конструкционные;
инструментальные;
специальные.

Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам