Сплавы
Классификация сплавов
Существует несколько способов классификации сплавов:
- по способу изготовления (литые и порошковые сплавы);
- по способу получения изделия (литейные, деформируемые и порошковые сплавы);
- по составу (гомогенные и гетерогенные сплавы);
- по характеру металла – основы (черные –основа Fe, цветные – основа цветные металлы и сплавы редких металлов – основа радиоактивные элементы);
- по числу компонентов (двойные, тройные и т.д.);
- по характерным свойствам (тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие и др.);
- по назначению (конструкционные, инструментальные и специальные).
Свойства сплавов
Свойства сплавов зависят от их структуры. Для сплавов характерны структурно-нечувствительные (определяются природой и концентрацией элементов, составляющих сплавы) и структурно-чувствительные свойства (зависят от характеристик основы). К структурно-нечувствительным свойствам сплавов относятся плотность, температура плавления, теплоту испарения. тепловые и упругие свойства, коэффициент термического расширения.
Все сплавы проявляют свойства, характерные для металлов: металлический блеск, электро- и теплопроводность , пластичность и др.
Также все свойства, характерные для сплавов можно разделить на химические (отношение сплавов к воздействию активных сред – вода, воздух, кислоты и т.д.) и механические (отношение сплавов к воздействию внешних сил). Если химические свойства сплавов определяют путем помещения сплава в агрессивную среду, то для определения механических свойств применяют специальные испытания. Так, чтобы определить прочность, твердость, упругость, пластичность и другие механические свойства проводят испытания на растяжение, ползучесть, ударную вязкость и др.
Основные виды сплавов
Широкое применение среди всевозможных сплавов нашли различные стали, чугун, сплавы на основе меди, свинца, алюминия, магния, а также легкие сплавы.
Стали и чугуны – сплавы железа с углеродом, причем содержание углерода в стали до 2%, а в чугуне 2-4%. Стали и чугуны содержат легирующие добавки: стали– Cr, V, Ni, а чугун – Si.
Выделяют различные типы сталей, так, по назначению выделяют конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные и криогенные стали. По химическому составу выделяют углеродистые (низко-, средне- и высокоуглеродистые) и легированные (низко-, средне- и высоколегированные). В зависимости от структуры выделяют аустенитные, ферритные, мартенситные, перлитные и бейнитные стали.
Стали нашли применение во многих отраслях народного хозяйства, таких как строительная, химическая, нефтехимическая, охрана окружающей среды, транспортная энергетическая и другие отрасли промышленности.
В зависимости от формы содержания углерода в чугуне — цементит или графит, а также их количества различают несколько типов чугуна: белый (светлый цвет излома из-за присутствия углерода в форме цементита), серый (серый цвет излома из-за присутствия углерода в форме графита), ковкий и жаропрочный. Чугуны очень хрупкие сплавы.
Области применения чугунов обширны – из чугуна изготавливают художественные украшения (ограды, ворота), корпусные детали, сантехническое оборудование, предметы быта (сковороды), его используют в автомобильной промышленности.
Сплавы на основе меди называют латунями, в качестве добавок они содержат 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).
Среди сплавов на основе свинца выделяют двухкомпонентные (сплавы свинца с оловом или сурьмой) и четырехкомпонентные сплавы (сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом, сплавы свинца с оловом, сурьмой и мышьяком), причем (характерно для двухкомпонентных сплавов) при различном содержании одинаковых компонентов получают разные сплавы. Так, сплав, содержащий 1/3 свинца и 2/3 олова — третник (обычный припой) используется для пайки трубо- и электропроводов, а сплав, содержащий 10-15% свинца и 85-90% олова – пьютер, ранее применялся для отливки столовых приборов.
Сплавы на основе алюминия двухкомпонентные – Al-Si, Al-Mg, Al-Cu. Эти сплавы легко получать и обрабатывать. Они обладают электро- и теплопроводностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми, взрывобезопасны. Сплавы на основе алюминия нашли применение для изготовления легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.
Примеры решения задач
| Задание | Сколько кг олова надо добавить к куску бронзы (m=4кг), содержащему 15% олова, чтобы повысить содержание олова в нем до 60% от общей массы? |
| Решение | Пусть смешали 2 сплава, причем второй сплав содержит 100% олова и не содержит других компонентов. Найдем массы олова в сплавах:
m(Sn)1= m1×ώ(Sn) = 4×0,15 = 0,6 кг m(Sn)2= c m(Sn)new= (0,6 + х) кг Тогда масса сплавов будет: m2 = х кг mnew = (4+x) кг Отношение массы олова в новом сплаве к массе нового сплава составляет: (0,6 + х)/ (4+x) = 0,6 5(0,6+х) = 3(4+х) 5х – 3х = 12-3 х=4,5 кг 4,5 кг олова необходимо добавить к куску бронзы |
| Ответ | Надо добавить 4,5 кг олова |
| Задание | При действии на смесь Al и Fe массой 11 г избытком HCl, выделилось 8,96л газа. Определить массовые доли металлов в смеси. |
| Решение | В реакцию взаимодействия вступают оба металла, в результате чего выделяется водород:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑ Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ Найдем суммарное количество моль выделившегося водорода: v(H2) =V(H2)/Vm v(H2) = 8,96/22,4 = 0,4 моль Пусть количество вещества Al – х моль, а Fe –y моль. Тогда, исходя из уравнений реакций можно записать выражение для суммарного числа моль водорода: 1,5х + у = 0,4 Выразим массу металлов, находящихся в смеси: m = M×v m(Al) = 27x m(Fe) = 56у Тогда, масса смеси будет выражаться уравнением: 27х + 56у = 11 Получили систему уравнений: 1,5х + у = 0,4 27х + 56у = 11 Решим её: (56-18)у = 11 – 7,2 у=3,8/38 = 0,1 v(Fe) = 0,1 моль х = 0,2 моль v(Al) = 0,2 моль Тогда, масса металлов в смеси: m(Al) = 27×0,2 = 5,4 г m(Fe) = 56×0,1 = 5,6 г Найдем массовые доли металлов в смеси: ώ =m(Me)/msum×100% ώ(Fe) = 5,6/11 ×100%= 50,91% ώ(Al) = 100 – 50,91 = 49,09% |
| Ответ | Массовые доли металлов в смеси: 50,91%, 49,09% |
