Преимущества сплавов перед чистыми металлами

Обновлено: 04.10.2024

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. 5 тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — смесь 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. Это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ. В их состав, 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 смесь элементов. Сплав по сравнению с исходным металлом может быть 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.

Применение в качестве конструкционных материалов

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми. В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются смеси железа и алюминия. 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 — соединения алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении. В некоторых узлах самолётов используются смеси магния, очень лёгкие и жароустойчивые.

В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие соединения на основе титана. Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав смеси вводят хром.

Инструментальные сплавы

Предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие соединения 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).

Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием. Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Применение в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении

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 смесь никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из соединений кобальта. Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.

Из сеодинений 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. Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.

Применение легкоплавких сплавов

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

Легкоплавкие смеси 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. Соединение натрия с калием (температура плавления –12,5 °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов. Легкоплавкие смеси используются в литейном деле, незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

Применение в ювелирном деле

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

Сплавы в искусстве

Оловянная бронза (смесь меди с оловом) — один из первых освоенных человеком соединений 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.

Конспект урока «Сплавы металлов»

а) образовательная : углубить понятие о сплавах, познакомить с их классификацией и свойствами; познакомить с важнейшими сплавами их значением в жизни общества и преимуществом сплавов перед чистыми металлами;

б) р азвивающие : продолжить разви тие у учащихся познавательны х способност ей , умение находить и устанавливать причинно-следственные связи; формирова ть самостоятельност ь мышления, умения логически рассуждать, обобщать и делать выводы из полученных знаний , развивать кругозор, навыки делового общения, а также умение самостоятельного поиска необходимой информации .

в) в оспитательная : воспитывать коммуникативные навыки , познавательн ый интерес к изучению химии.

Об орудование и материалы : учебник, ПСХЭ Д.И.Менделеева, иллюстративный материал, образцы изделий из сплавов (монеты, лампа, столовые приборы, скальпель) .

Базовые понятия и термины: металлы, сплавы, чугуны, стали, интерметаллид, бронза, чугун, сталь, латунь.

Тип урока: урок-семинар (с элементами проектной деятельности, проблемного обучения).

I. Организац ионны й момент

II. Актуал и зация опорных знаний и мотивация учебной деятельности

Учитель: Сегодня мы с Вами совершим увлекательное путешествие в область Металлургию страны Химии. А что нам нужно ребята, чтобы полет был успешным? (ответы учащихся: хорошее настроение, знания, капитан, средство передвижения).

® Смайлики (делимся хорошим настроением)

® Представление пилота (учащийся класса)

Обнимает небо крепкими руками

Летчик набирает высоту

Он с детства дружит с веществами

И любит химии страну

Пилот: А вот и средство нашего путешествия (показывает макет самолета). А сейчас узнаем с каким багажом знаний вы отправляетесь в путешествие.

v Мозговой штурм

1. Сформулируйте понятие «металлы».

2. Сформулируйте понятие «металлические элементы».

3. Сколько электронов на внешнем энергетическом уровне?

4. Назовите вид кристаллической решетки в металлах.

5. Назовите тип химической связи в металлах.

6. Что происходит с электронами в атомах металлов?

7. Какой радиус у металлов?

8. Кто открыл ряд активности металлов?

9. Назовите металлы после водорода.

10. Назовите металлы до водорода.

11. Назовите № периода, где нет металлических элементов.

12. Назовите № периода, где расположены только металлические элементы.

13. Самый активный металлический элемент.

14. Металлический элемент пресной воды.

15. Металлический элементы морей и океанов.

16. Самый распространенный элемент литосферы.

17. Элемент костей и зубов человека.

18. С кем взаимодействуют металлы?

Учитель предлагает записать в тетрадь ответ на вопрос, что вызвал сложность.

v Игра «Верно-неверно» (выполняется в тетради + смайлик)

1. «Самый-самый… твердый (хром)» (да)

2. «Самый-самый… тугоплавкий барий» (нет, вольфрам)

3. «Самый-самый… жидкий (ртуть)» (да)

4. «Самый-самый… легкий (литий)» (да)

5. «Самый-самый… мягкий кальций» (нет, натрий, калий, индий)

6. «Самый-самый… тяжелый (осмий)» (да)

v Ассоциативный куст

Пилот: «Давайте подумаем, с чем ассоциируется у вас слово «сплав»? (сплавление чего–либо между собой).

v Постановка проблемных вопросов

− «Как вы думаете, как получают сплавы? (Смешиванием различных металлов в расплавленном состоянии).

− «Почему с течением времени человечество перешло от использования чистых металлов к использованию сплавов?»

v Формулировка темы, цели урока

III. Изучение нового материала

Сплавы металлов - твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов, а также металлов с различными неметаллами. Термин «Сплавы первоначально относился к материалам с металлическими свойствами. С середины 20 в. в связи с бурным развитием физики и техники понятие Сплавы металлов расширилось и распространилось на Сплавы металлов элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений.

В большинстве случаев сплавы обладают более полезными свойствами, чем составляющие их чистые металлы. У бронзы, например, прочность выше, чем у составляющих ее меди и олова. Сталь и чугун прочнее технически чистого железа. Помимо большей прочности многие сплавы обладают большей коррозионной стойкостью и твердостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Помимо более высоких механических качеств сплавам присущи свойства, которых нет у чистых металлов. Примерами могут служить получаемая на основе железа нержавеющая сталь- материал с высокой коррозионной стойкостью даже в агрессивных средах и с высокой жаропрочностью, магнитные материалы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением.

Почему человечество чаще использует сплавы металлов, чем их составляющие – чистые металлы? (сплавы обладают более полезными свойствами, чем составляющие их чистые металлы)

ü Приведите примеры таких сплавов (бронза, сталь, чугун)

ü Почему растет научный интерес к сплава металлов? (сплавы на основе железа – дешевый и доступный материал, создание новой техники)

v Динамическая пауза «Дыхательная медитация»

Сядьте прямо, закройте глаза. Представьте, что вы вдыхаете аромат цветка. Нежный аромат цветка. Старайтесь вдыхать его не только носом, но и всем телом. Вдох. Выдох. Тело превращается в губку.

Эпоха развития человечества, выделяемая на основе данных археологии, включала медный век, бронзовый век и железный век.

Энеолит или Медный век — последний период каменного века . Охватывает период IV—III тысячелетия до н. э. До энеолита главным орудием человека являлись такие материалы, как камень, кость и дерево. Из этих материалов изготавливались предметы охоты и труда. В энеолите к этим материалам прибавилась медь. Современные учёные считают, что открытие меди древними людьми произошло через самородки. Человек принимал такие самородки за камни и пытался их обработать для получения предметов охоты и труда. Однако медные самородки не раскалывались, как камни, а деформировались.

Бронзовый век продолжался от 3500 лет до 1100 лет до н. э. После открытия меди и олова, человек научился создавать их сплав (бронзу), что дало новый толчок к развитию и усовершенствованию предметов труда и охоты.

Всего выделяют три этапа бронзового века — ранний, средний и поздний.

На раннем этапе металлургию с использованием бронзы, превратили повсеместную. Судя по археологическим данным, первые изделия из меди с примесью олова обнаружены в Ираке и Иране. Данные находки датируются IV тысячелетием до н.э. Также древние бронзовые изделия, датирующиеся примерно тем же временем, найдены на Северном Кавказе и в Анатолии.

В обществе заметны всё большие различия между богатыми и бедными. Растёт количество крупных городов. Помимо ремёсел активно развивается торговое дело, а также производство изделий из меди и бронзы. Скупка и продажа изделий из металла, а также самих материалов приобрела значительных размах. Помимо изделий, которые изготавливались из практичных соображений, то есть для труда и охоты, большое распространение получили предметы украшений.

Железный век наступил сразу после бронзового и продолжался по времени с 1200 лет до н.э. до 340 лет н.э.

Изделия из железа встречаются гораздо раньше наступления железного века, однако ранее они использовались очень редко. Первые находки датируются VI—IV тысячелетие до н. э. Найдены в Иране, Ираке и Египте. Железные изделия, которые датированы III тысячелетием до н.э., найдены в Месопотамии, Южном Урале, Южной Сибири. В это время железо было преимущественно метеоритным, однако его было очень мало, и предназначалось оно в основном для создания предметов роскоши и ритуальных предметов.

Древние люди в железном веке стали использовать железо вместо бронзы, так как бронза является более твёрдым и долговечным металлом, однако уступает железу тем, что является хрупким. В том, что касается хрупкости, железо явно выигрывает, однако у людей с обработкой железа были большие сложности. Дело в том, что железо плавится при гораздо более высоких температурах, чем медь, олово и бронза.

ü За что приняли древние люди медь, благодаря чему и узнали её свойства? (за камень)

ü Где по археологическим данным первые обнаружены изделия из меди с примесью олова?

(в Ираке и Иране).

Учитель: задача учащихся записать сплавы металлов современных монет

Монетные металлы — металлы и их сплавы , используемые для чеканки и литья монет и медалей . Потин — древний сплав меди с большим содержанием олова , свинца и иногда цинка с примесями других металлов . Сплав, как правило, серого цвета. Использовался для изготовления монет во Франции , Индии и Египте . При этом монеты из потина чаще всего отливались , а не чеканились .

Уже с древних времен бронза была в употреблении в монетном деле. Почти вся так называемая «медная монета» античного мира на самом деле — бронзовая. Достоинства бронзовой монеты: твердость; легковесность; красота; невыгодна для вывоза за границу, вследствие её невысокой цены. Однако при частом употреблении монета скоро портится, на поверхности её образуются слои, и она начинает издавать запах меди и пачкать руки.

Из каких же металлов и сплавов делают современные монеты?

· Биметалл: медь, плакированная мельхиором

· Латунь (сплав на основе меди с добавлением цинка)

· Сталь с латунным гальванопокрытием — 10 рублей

· Сталь с никелевым гальванопокрытием- 1, 2, 5 рублей

· Медно-никелевый сплав — 1, 2 рубля (до 2009г)

«Виды сплавов металлов»

В металлургии железо и его сплавы выделяют в одну группу под названием черные металлы. Подавляющее большинство черных сплавов содержит углерод. Их разделяют на чугуны и стали.

Чугун- сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5% углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун значительно тверже железа, обычно он очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается. Этот сплав применяется для изготовления различных массивных деталей методом литья. Различают серый и белый чугун.

Сталь- сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали делят на углеродистую сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода. Из мягкой и средней твердости стали делают детали машин, трубы, гвозди, скрепки, а из твердой - инструменты. Легированная сталь - это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены еще специальные, легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден и др.

Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так, хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии. Они применяются в строительстве, а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Стали - это основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей промышленности.

Сплавы, повышающие прочность и другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Бронза - сплав на основе меди с добавкой (до 20%) олова. Бронза хорошо отливается, поэтому используется в машиностроении, где из нее изготавливают подшипники, поршневые кольца, клапаны, арматуру и т. д. Используется также для художественного литья. Виды бронз: алюминиевые (дюралюминий), свинцовые, кремниевые, бериллиевые, кадмиевые.

Сплав мельхиор содержит от 18 до 33% никеля (остальное медь). Температура плавления мельхиора составляет 1170 °С. Он имеет красивый внешний вид. Из мельхиора изготавливают посуду и украшения, чеканят монеты («серебро»). Похожий на мельхиор сплав - нейзильбер - содержит, кроме 15% никеля, до 20% цинка. Этот сплав используют для изготовления художественных изделий, медицинского инструмента (скальпель).

Из какого цветного сплава отлиты знаменитые Царь-пушка и Царь-колокол в Московском Кремле? (из сплава меди с оловом)

ü Как называется сплав металла из которого изготовлен цоколь лампочки? (латунь)

ü Почему чугунные вещи изготавливают только литьем? (потому что чугун хрупкий – ни молотом его нельзя ковать, ни на станке обтачивать)

I V . Обобщение и систематизация знаний

v Объясните понятие «интерметаллид» (химическое взаимодействие расплавленных металлов. Например, цинк и медь).

v Почему изделия из чистой меди и железа недолговечны? (медные - мягкие, деформируются; из железа – ломаются и коррозируют).

v Вставьте пропуски

Cu + Zn = ?

? + Sn = бронза

Cu + ? = мельхиор

? + C (1%) = сталь

Fe + C (4,5%) = ?

v А теперь попробуйте ответить на основной вопрос нашего урока: «Почему же люди стали использовать сплавы?» Учащиеся высказывают различные предположения, но в конечном итоге должны сделать следующие выводы:

1. Сплавы обладают различными свойствами, поэтому есть возможность создать сплав с нужными свойствами.

2. Не смотря на то, что в состав сплавов входят металлы, обладающие определенным набором свойств (металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность), но свойства сплава сильно отличаются от свойств компонентов, входящих в него, что особенно ценно.

VI. Домашнее задание

− Изучить § 33 учебника, с. 154 вопросы устно.

− Составить синквейн, ребус, кросворд.

VI. Итог урока

v Оценивание работы учащихся на уроке

v Рефлексия

На столах вырезанные фигурки-сердечки (красные и серые). Выплавили ли мы с Вами новые сплавы знаний? (красные – «да», серые – «нет»).

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.

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.

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.

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.

§ 273. Сплавы

В технике почти никогда не применяют чистых металлов, т. е. металлов, состоящих из атомов только одного элемента (например, железа). Почти всегда металлические изделия состоят из различных сплавов металлов с металлами или с неметаллическими элементами. Например, большое значение в технике имеют всевозможные стали — сплавы железа, углерода и других элементов (хрома, вольфрама, марганца и многих других); широко употребляется латунь (сплав меди и цинка). В самолетостроении широко используются сплавы алюминия или магния с рядом элементов (медью, железом, цинком и др.), очень легкие и вместе с тем прочные.

Причина распространенности сплавов заключается в ряде их преимуществ перед чистыми металлами. Прежде всего, сплавы почти всегда прочнее металлов, из которых они состоят (заметим, что чистое железо называют «мягким»). Сплавы нередко плавятся при более низкой температуре, чем составляющие их металлы. Например, олово плавится при , свинец — при , а сплав олова со свинцом— около .

Современная техника располагает множеством сплавов, технологические свойства которых сильно отличаются от свойств чистых металлов, благодаря чему удается удовлетворить самым разнообразным требованиям практики. Есть сплавы, почти столь же твердые, как алмаз; существуют весьма упругие сплавы; сплавы, сочетающие легкость и прочность (дюрали); сплавы, не окисляющиеся не только при соприкосновении с водой, но даже при соприкосновении с кислотами (нержавеющие стали); сплавы, не изменяющиеся при накаливании докрасна (жаростойкие); сплавы с очень большим электрическим сопротивлением (нихром) или со специальными магнитными свойствами; сплавы, почти не расширяющиеся при нагревании (инвар), и т. д.

Отметим, что и так называемые чистые металлы всегда содержат в себе небольшое количество примесей, удаление которых крайне затруднительно. Поэтому чистые металлы можно рассматривать как сплавы с очень большим преобладанием одного из составляющих металлов. Между тем даже ничтожные количества примесей иногда резко меняют свойства металлов. Например, присутствие небольших количеств серы или фосфора в стали или чугуне делает их ломкими, присутствие примесей в меди резко понижает ее электропроводность, и т. д.

Что же представляют собой сплавы и почему их свойства разнятся от свойств составляющих их элементов? На этот вопрос нельзя дать общего ответа, так как сплавы могут иметь весьма различное, иногда очень сложное строение, в особенности если между элементами, его составляющими, возможны химические соединения.

Иногда при затвердевании сплава из него выделяются мелкие кристаллики чистых металлов, тесно перемешанные между собой (рис. 455). Рост кристалликов в этой смеси затруднен присутствием кристалликов другого металла. А мы уже знаем, что мелкокристаллическое состояние металла является причиной повышенной прочности его.

Рис. 455. Шлиф поверхности латуни (сплав меди и цинка) при большом увеличении. Видны черные кристаллики меди вперемежку с серыми кристалликами цинка

Отметим, что кристаллики в металле всегда разделены очень тонкими прослойками (рис. 456). Эти прослойки имеют совсем иные физические свойства, чем сами кристаллики. Физические свойства металла определяются одновременно свойствами и кристалликов и прослоек. Например, слишком малая прочность прослоек привела бы к тому, что металл рассыпался бы в порошок. Обычно прослойки прочнее самих кристалликов, и излом металла происходит по кристалликам, а не по границам между ними.

Рис. 456. Шлиф поверхности алюминия. Черные тонкие линии — следы прослоек между кристалликами

Так как кристаллики состоят из чистых металлов (или из химических соединений их), то в прослойках скопляются неметаллические примеси к металлу. Вследствие тонкости прослоек достаточно ничтожного количества примеси, чтобы резко изменить свойства прослоек, а вместе с тем и всего металла. Таким образом, можно объяснить, например, почему примеси серы к железу столь вредны.

В чём преимущество сплавов перед металлами?

Первым делом стоит сказать, что исключительно чистые металлы, не используются при производстве, для этого есть несколько факторов, первый это стоимость и второй это большая прочность.

В данное время сплавы являются основой практически всех производств, наиболее популярным сплавом по количеству произведенного материала являются стали (различные виды), они состоят из железа, углерода и других элементов (хрома, вольфрама, марганца и практически всех возможных материалов.

Еще один из популярных и очень распространенных сплавов будет латунь (сплав меди и цинка), если говорить об легких но прочных сплавах, то таких вариантов тоже хватает, особенно их много в самолетостроении, чаще всего там встречаются сплавы алюминия и магния с рядом элементов (медью, железом, цинком)

Золото скорее всего. Еще очень инертны платина и цирконий.

Серебро все же окисляется.

Медецинская нержавейка и титан считаются достаточно устойчивыми.

Ну и всякая керамика порошковая. Но это уже не совсем металл или сплав.

Сейчас используют не дорогие сплавы и металлы, хотя в 60 е годы прошлого века некоторые страны чеканили монеты из серебра, и они были в обороте.

Сейчас используется железо покрытое никелем, или медью, так же монеты чеканят из алюминия, медно никелевого сплава, мельхиора, латуни. Медь в чистом виде для чеканки монет уже не используют.

Государства удешевляют производство монет. Но памятные и юбилейные продолжают выпускать из благородных металлов, тиражи этих монет не очень велики, и в оборот они не попадают, хотя являются законным платёжным средством.

Кроме легирования - добавки в сплавы тугоплавких металлов (никеля, хрома, вольфрама и др.), для повышения твердости многих металлов и сплавов, например, на основе железа, применяют также хорошо известный способ - закалку. Деталь нагревают до нужной высокой температуры, а потом быстро охлаждают. Закаленная сталь намного тверже не закаленной. Другой метод - науглероживание: насыщение поверхности изделия углеродом. В результате на поверхности образуются твердые карбиды. При азотировании - насыщении поверхностного слоя детали азотом - твердость увеличивается за счет образования на поверхности нитридов. Например, если деталь покрыть нитридом титана, ее поверхность станет не только твердой, но и будет блестеть, как золото.

Да, считается что такой сплав, он практически безопасен при носке. Более того, большим плюсом является и то, что он не токсичен даже тогда, когда попутно с телом, вступает в контакт и с водой, поэтому получается безопасным по всем показателям.

Всё зависит от массы металла, который нужно расплавить и от его формы. Посмотрим, какие металлы самые легкоплавкие. Ртуть расплавлять не нужно, она и так жидкая. Цезий плавится при 28°С, нор самовоспламеняется на воздухе, его плавить не нужно. Галлий плавится при температуре 30°С, его (в ампуле) можно расплавить подмышкой или (в небольшим количестве) - расплавить дыханием на ладони. Рубидий плавится при 39°С, очень активный, но можно расплавить теплой водой, если он в запаянной ампуле. Горячей водой можно расплавить (в запаянных ампулах) калий (плавится при 63°С) и натрий (98°С). Индий плавится при 156°С - никаких проблем. Литий (186°С) плавим на газу в запаянной ампуле. Олово (232°С) плавится паяльником. Висмут (плавится при 271°С), таллий (248°С - яд!), кадмий (321°С - ядовит!) и свинец (327°С) расплавляются тоже легко. Цинк (419°С) я плавил на газу в больших количествах в консервной банке. Сурьме (631°С) может плавиться в запаянной тугоплавкой ампуле, иначе загорится. Магний (651°С) тоже легко загорается, но в инертной атмосфере лента из магния расплавится. Алюминий (660°С каждый может расплавить, если взять проволоку, только капелька расплава повиснет с чехольчике из тугоплавкого оксида алюминия. Барий (660°С) и стронций (770°С) слишком активны на воздухе. Но даже серебро (961°С), золото (1063°С) и медь (1083°) можно расплавить на газу, если взять тонкую проволоку (маленький теплоотвод) и сунуть ее конец в самое горячую часть пламени (синюю) - образуется на конце проволоки маленький королек расплавленного металла. А вот марганец (1250°С) и тем более кобальт, никель и железо уже не расплавить.

Читайте также: