|
Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 9 класс>> Химия: Сплавы
При плавлении металлы обычно смешиваются один с другим, образуя сплавы.
Еще в глубокой древности люди заметили, что в большинстве случаев сплавы обладают другими, нередко более полезными для них свойствами, чем составляющие их чистые металлы.
Как вы уже знаете, у бронзы, например, прочность выше, чем у составляющих ее меди и олова. Сталь и чугун прочнее технически чистого железа. Поэтому в чистом виде металлы используют редко. Значительно чаще применяются их сплавы. Известно немногим более 80 металлов, но из них получены десятки тысяч различных сплавов.
Помимо большей прочности многие сплавы обладают большей коррозионной стойкостью и твердостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддается литью, из нее трудно получить отливки, и в то же время оловянная бронза — сплав Си + Бп имеет прекрасные литейные свойства: из нее отливают художественные изделия, требующие тонкой проработки деталей. Чугун — сплав железа с углеродом — также великолепный литейный материал. Чистый алюминий — очень мягкий металл, сравнительно непрочный на разрыв. Но сплав, состоящий из А1, М£, Мп, Си, №, называемый дюралюминием, в четыре раза прочнее алюминия на разрыв.
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, с малым коэффициентом термического расширения.
Сплавы — это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух или более компонентов, из которых по крайней мере один — металл.
Компонентами сплавов могут быть и неметаллы, и соединения.
По состоянию компонентов сплавы могут быть однородными, когда при сплавлении образуется как бы раствор одного металла в другом, например сплавы меди и олова, золота и серебра, и неоднородными, представляющими собой механическую смесь металлов.
Сплавы классифицируются по-разному, в зависимости от того, какой признак взят за основу. Чаще всего сплавы подразделяют по составу: медные, алюминиевые, никелевые, титановые и т. д.
Есть группы сплавов, носящие общие названия: бронзы, латуни и др. Иногда в названии сплава отмечают особо ценные компоненты: бериллиевые бронзы, вольфрамовая сталь и др.
В металлургии железо и все его сплавы выделяют в одну группу под названием черные металлы; остальные металлы и их сплавы имеют техническое название цветные металлы.
Подавляющее большинство железных (или черных) сплавов содержит углерод. Их разделяют на чутуны 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, так называемый литейный чугун и для переработки в сталь — передельный чугун.
В зависимости от состояния углерода в сплаве различают серый и белый чугун (табл. 4).
Вид
| Состав
| Свойства
| Применение
|
Серый чугун
| Содержит 1,7—4,3% С, 1,25—4,0% и до 1,5% Мn. Из-за большого содержания кремния снижается растворимость углерода, поэтому углерод находится в свободном состоянии в виде графита
| Сравнительно мягкий и поддающийся механической обработке материал. Свободный углерод придает чугуну мягкость
| Производство литых деталей (шестерни, колеса, трубы И т. д.)
|
Белый чугун
| Содержит 1,7—4,3% С, более 4% Мn, но очень мало кремния. Углерод в основном содержится в виде цементита — карбида железа Fе3 С
| Твердый и хрупкий материал. Эти свойства придает цементит, который обладает большой твердостью
| Переработка в сталь
|
Сталь — сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали разделяют на два основных вида: углеродистая и легированная.
Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также Мn, Si, Р и S гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие (содержание углерода не превышает 0,3%), средней твердости (углерода несколько больше, чем в мягких) и твердые (углерода может быть до 2%). Из мягкой и средней твердости стали делают детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки и т. д., а из твердой — различные инструменты.
Легированная сталь — это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены еще специальные, легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др.
Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так, хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии (ржавления). Они применяются в строительстве (например, облицовка колонн станции «Маяковская» московского метро выполнена из хромоникелевой стали), а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Хромо-молибденовые и хромованадиевые стали очень твердые, прочные и жаростойкие. Они используются для изготовления трубопроводов, компрессоров, двигателей и многих других деталей машин современной техники. Хромовольфрамовые стали сохраняют большую твердость при очень высоких температурах. Они служат конструкционным материалом для быстрорежущих инструментов.
Некоторые легированные стали представлены в таблице 5.
Свойства некоторых легированных сталей и их применение
Легирующий элемент
| Особые свойства стали
| Изделия, для производства которых используется сталь
|
Хром
| Твердость и коррозионная стойкость
| Инструменты, резцы, зубила
|
Никель
| Вязкость, механическая прочность, коррозионная стойкость
| Турбины электростанций и реактивных двигателей, измерительные приборы, детали, работающие при высоких температурах
|
Марганец
| Твердость, механическая прочность, устойчивость к ударам и трению
| Детали дробильных установок, железнодорожные рельсы, зубья ковшей экскаваторов
|
Титан
| Жаростойкость, механическая прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость
| В самолето-, ракето- и судостроении. Химическая аппаратура
|
Вольфрам
| Твердость и
жаропрочность,
износоустойчивость
| Быстрорежущие инструменты, пилы, фрезы, штампы, нити электрических ламп
|
Молибден
| Эластичность, жаростойкость, коррозионная стойкость
| Лопасти турбин реактивных самолетов и автомобилей, броневые плиты, лабораторная посуда, детали электронных ламп
|
Кремний
| Устойчивость к воздействию кислот
| Трансформаторы, кислотоупорные аппараты и приборы
|
Ванадий
| Высокая прочность, упругость и устойчивость к ударам
|
|
Стали — это основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей промышленности .
В развитии современной металлургии стали большое значение имели работы Д. К. Чернова и П. П. Аносова.
Дмитрий Константинович Чернов
(1839-1921)
Русский ученый в области металлургии, основоположник науки о металлах — металловедении. Разработал (1868) наилучшие условия отливки, ковки и термической обработки стали. С тех пор бронзовые артиллерийские орудия были вытеснены стальными.
Аносов Павел Петрович
(1796-1851)
Горный инженер, металлург. Внес большой вклад в развитие производства стали. Первый исследователь, применивший (1831) микроскоп для изучения структуры стали. Изобрел способ закалки стальных изделий в струе сжатого воздуха. Раскрыл секрет приготовления булатной стали. Получил литую сталь из чугуна, усовершенствовал многие заводские механизмы и печи.
Из цветных сплавов отметим бронзу, латунь, мельхиор, дюралюминий.
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.
Латунь — также медный сплав, содержащий от 10 до 50% цинка. Применяется в моторостроении.
Мельхиор — сплав, содержащий около 80% меди и 20% никеля, похож по внешнему виду на серебро. Используется для изготовления сравнительно недорогих столовых приборов и художественных изделий.
Дюралюминий (дюраль, дуралюмин) — сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец и никель. Имеет хорошие механические свойства, применяется в самолето- и машиностроении.
1. Сплавы и их классификация.
2. Черные металлы: чугуны и стали.
3. Цветные металлы: бронза, латунь, мельхиор, дюралюминий.
Какой период в истории человечества называют «бронзовым веком»? Почему?
Какое количество вещества меди и никеля нужно взять для производства 25 кг мельхиора?
Что объединяет два выражения: «легирующие элементы стали» и «привилегированное положение в обществе»?
поговорки к уроку химии, советы ученикам 9 класса, вопросы от учеников
Содержание урока
 конспект урока
опорный каркас
презентация урока
акселеративные методы
интерактивные технологии
Практика
задачи и упражнения
самопроверка
практикумы, тренинги, кейсы, квесты
домашние задания
дискуссионные вопросы
риторические вопросы от учеников
Иллюстрации
аудио-, видеоклипы и мультимедиа
фотографии, картинки
графики, таблицы, схемы
юмор, анекдоты, приколы, комиксы
притчи, поговорки, кроссворды, цитаты
Дополнения
рефераты
статьи
фишки для любознательных
шпаргалки
учебники основные и дополнительные
словарь терминов
прочие
Совершенствование учебников и уроков
исправление ошибок в учебнике
обновление фрагмента в учебнике
элементы новаторства на уроке
замена устаревших знаний новыми
Только для учителей
идеальные уроки
календарный план на год
методические рекомендации
программы
обсуждения
Интегрированные уроки
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.
Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.
|
