Сплавы металлов — классификация и применение¶

Сплавы металлов — это материалы, полученные сплавлением двух или более компонентов, среди которых обязательно присутствует металлический элемент. Сплавы обладают комплексом свойств, отличных от свойств исходных компонентов, и составляют основу современного машиностроения, строительства и электроники. В отличие от чистых металлов, сплавы, как правило, имеют более высокую прочность, твёрдость, коррозионную стойкость и улучшенные технологические характеристики.

¶Классификация сплавов

Классификация сплавов проводится по нескольким признакам: по составу, по способу получения и по назначению.

¶По составу

По химическому составу сплавы делятся на две основные группы:

• Чёрные сплавы — на основе железа. К ним относятся стали (содержание углерода до 2,14 %) и чугуны (содержание углерода свыше 2,14 %). Для придания специальных свойств в состав вводят легирующие элементы: хром, никель, молибден, ванадий и другие.
• Цветные сплавы — на основе цветных металлов. Наиболее распространены сплавы на основе алюминия (дюралюмины), меди (латуни, бронзы), титана, никеля, магния и цинка.

¶По технологии получения

Различают литейные сплавы (предназначенные для получения фасонных отливок) и деформируемые сплавы (подвергаемые прокатке, ковке, штамповке). Особую группу составляют порошковые сплавы, получаемые методом порошковой металлургии, а также аморфные сплавы, затвердевающие без кристаллизации.

¶По назначению

По функциональному применению выделяют:

• Конструкционные сплавы — используются для изготовления деталей машин и механизмов, несущих нагрузку.
• Инструментальные сплавы — обладают высокой твёрдостью и износостойкостью, применяются для режущего и мерительного инструмента.
• Сплавы с особыми физическими свойствами — например, магнитотвёрдые, сверхпроводящие, с заданным температурным коэффициентом линейного расширения.
• Жаропрочные и жаростойкие сплавы — сохраняют работоспособность при высоких температурах.
• Антифрикционные сплавы — предназначены для подшипников скольжения.

¶Основные виды и свойства

¶Стали и чугуны

Сталь — наиболее массовый конструкционный материал. Углерод придаёт стали прочность, но снижает пластичность. Легированные стали (например, хромоникелевые нержавеющие) устойчивы к коррозии. Чугуны отличаются хорошими литейными свойствами, из них изготавливают станины станков, блоки цилиндров, трубы.

¶Сплавы на основе алюминия

Алюминиевые сплавы отличаются малой плотностью (около 2,7 г/см³) и высокой удельной прочностью. Дюралюмины (алюминий с медью, магнием и марганцем) используются в авиастроении и строительстве. Силумины (алюминий с кремнием) применяются для литья сложных деталей.

¶Сплавы на основе меди

Латуни (медь с цинком) обладают высокой пластичностью и используются для изготовления радиаторов, патронных гильз, арматуры. Бронзы (медь с оловом, алюминием, бериллием) отличаются износостойкостью и антифрикционными свойствами, применяются во втулках, шестернях, художественном литье.

¶Титановые и никелевые сплавы

Титановые сплавы сочетают высокую прочность, коррозионную стойкость и лёгкость, что делает их незаменимыми в авиакосмической отрасли и медицине (эндопротезы). Никелевые сплавы (например, нихром) применяются в нагревательных элементах; суперсплавы на основе никеля сохраняют прочность при температурах выше 800 °C, что используется в газотурбинных двигателях.

¶Применение

Область применения сплавов охватывает практически все отрасли промышленности:

• Машиностроение и транспорт — корпуса, двигатели, рельсы, вагоны.
• Строительство — арматура, несущие конструкции, кровельные материалы.
• Энергетика — трубопроводы, теплообменники, элементы реакторов.
• Электроника — контакты, припои (оловянно-свинцовые, серебряные), проводники.
• Бытовая техника и упаковка — алюминиевая фольга, посуда из нержавеющей стали.

¶Интересные факты

• Сплав Вуда (висмут, свинец, олово, кадмий) плавится при температуре около 68 °C, что позволяет использовать его в легкоплавких предохранителях и заливке моделей.
• Первые бронзы (медь с мышьяком) были получены ещё в IV тысячелетии до н. э.; оловянная бронза дала название целой исторической эпохе — бронзовому веку.
• Аморфные металлические сплавы, также называемые металлическими стёклами, обладают прочностью, вдвое превышающей прочность обычных сталей.

¶Источники

• Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990.
• Арзамасов Б. Н., Макарова В. И., Мухин Г. Г. Материаловедение. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008.
• ГОСТ Р 52772-2007. Сплавы цветных металлов. Термины и определения.