Сплави (металів)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Сплави (металів)

Сплави металів, металеві сплави, тверді і рідкі системи, утворені головним чином сплавом два або більш металів, а також металів з різними неметалами. Термін «З.» спочатку відносився до матеріалів з металевими властивостями. Проте з середини 20 ст у зв'язку з бурхливим розвитком фізики і техніки напівпровідників і напівпровідникових матеріалів поняття С. розширилося і поширилося на С. елементарних напівпровідників і напівпровідникових з'єднань. С. навіть при порівняно простий кристалічній структурі часто володіють вищими механічними і фізичними властивостями, ніж складові їх чисті метали, наприклад тверді розчини Cu—sn ( бронза ) або FE—C ( чавун, сталь ). Два великі періоди історії матеріальної культури — бронзове століття і залізне століття — названі по тих металах і С., з яких виготовлялися знаряддя праці, предмети озброєння і ін. Відвіку було відомо, що властивості С. залежать не лише від їх складу, але і від теплової (наприклад, гарт ) і механічної (наприклад, кування) обробки, Перехід від пошуку практично важливих С. за допомогою «проб і помилок» до наукових основ створення промислових С. стався лише в кінці 19 — початку 20 вв.(століття), коли під впливом швидко зростаючих запитів техніки і ідей фізичній хімії виникло вчення про залежність між властивостями металів і властивостями утворених з них С., а також про вплив на них механічних, теплових, хімічних і ін. дій (див. Металознавство, Металографія, Металофізика, физико-хімічний аналіз ). Були побудовані діаграми стану і діаграми склад — властивість для всіляких комбінацій металевих систем, як подвійних, так і багатокомпонентних. Розкриваний діаграмою стану характер взаємодії компонентів системи (утворення твердих розчинів, хімічних сполук механічних сумішей, наявність фазових перетворень в твердому стані) дозволяє передбачати типа діаграм склад — твердість, склад — електропровідність і ін., отримати уявлення про макроструктуру С. Во другій половині 20 ст увага учених в СРСР і за кордоном все більше зосереджується на проблемі передбачення характеру взаємодії елементів і властивостей їх С. Прі цьому використовуються закономірності, розкриті періодичною системою елементів, успіхи теорії хімічного зв'язку, досягнення фізики твердого тіла і обчислювальної техніки. Розробка теорії С. створила нові можливості розвитку промисловості, а також ряду галузей нової техніки. Сучасні промислові С. — основна частина конструкційних матеріалів . При цьому 95% світовій металопродукції складають С. на основі заліза — найдешевшого і доступнішого металу (сталь, чавун, феросплави ). Все більше елементів періодичної системи Менделєєва, що до недавнього часу представляли чисто науковий інтерес, знаходить практичне вживання для легування відомих і створення нових С. з метою розширення діапазону властивостей і сфер застосування.

загрузка...

  Велике число всіляких С. вимагає їх класифікації. Для неї існує теоретичний і практичний підхід. У першому випадку з точки зору термодинаміки хімічною фаз правила ) С. класифікують: а) по числу компонентів — на подвійних, потрійних і т. д.; би) по числу фаз — на однофазниє (твердий розчин або інтерметаллід) і багатофазні (гетерофазниє), такі, що складаються з двох і більш за фази. Цими фазами можуть бути чисті компоненти, тверді розчини, фази із структурою a-, b-, g-, e - латунь, b - вольфраму, типа Cu 5 Ca, Nias, Caf 2 , сигма-фази, фази Лавеса (названі по імені йому.(німецький) ученого Ф. Лавеса), фази впровадження і ін. Особливо коштовні С. з дуже тонкою гетерогенністю (див. Дісперсноупрочненниє матеріали, Старіння металів ); можна вважати, що вони лежать на кордоні між твердими розчинами і багатофазними С. По практичному здобуттю і вживанню прийнята наступна класифікація С.: а) по металах — або що є основою С. (С. чорних металів і С. кольорових металів, а також алюмінієві сплави, залізні сплави, нікелеві сплави і т. п.), або по доданих в невеликих кількостях і додаючих особливо коштовні властивості легуючим компонентам (берилієва бронза, ванадієва вольфрамова і ін. стали); б) по вживанню (для виготовлення конструкцій або інструментів) і властивостям — антифрикційні, жароміцні, жаростійкі, зносостійкі, легкі і надлегкі, легкоплавкі, хімічно стійкі і багато інших, а також С. з особливими фізичними властивостями — тепловими, магнітними, електричними (див. Прецизійні сплави ); у) за технологією виготовлення виробів — на літейниє (відливання рідких С. у форми); що деформуються (у холодному або гарячому стані шляхом кування, плющення, волочіння, пресування, штампування); отримані методами порошковій металургії (див. Спечені матеріали ).

  Для позначення якісного складу що випускаються в СРСР С. маркіруються (див. на прикладі мідних сплавів, легованих сталей ). Крім того, багато С. мають назви, пов'язані з різними їх ознаками: складом (наприклад, ніхром ), особливими властивостями (наприклад, інвар, константан ). С. називають і по прізвищах винахідників ( Вуда сплав, мельхіор, монель-метал ), назвам фірм ( армко-железо ) і ін.

  Властивості більшості С. визначаються як складом, так і структурою С., залежною від умов кристалізації і охолоджування, термічної і механічної обробки. При нагріві і охолоджуванні змінюється структура С. (див. Макроструктура, Мікроструктура ), що обумовлює зміну механічних, фізичних і хімічних властивостей і впливає на поведінка С. при обробці і експлуатації. З'ясування (за допомогою діаграм стану) можливих фазових перетворень в С. дає вихідні дані для аналізу найважливіших видів термічної обробки (гарт, відпустки металів, відпалу, старіння). Наприклад, перед відпалом вуглецевих сталей вихідною структурою найчастіше є ферріто-карбідна суміш; основне перетворення, що відбувається при нагріванні, — це перехід перлиту в аустеніт при температурі вище 727 °С («точка A 1 »); гарт дозволяє зберегти аустенітну структуру (т.з. гарт без поліморфного перетворення, при якому відбувається підвищення міцності при збереженні пластичності С.). Типовий приклад подібного поведінка для алюмінієвих С. — загартований дуралюмін Д16. Рідше зустрічаються С., в яких при гарті знижується міцність і сильно зростає пластичність в порівнянні із станом, що відпалює. Типовий приклад — берилієва бронза Бр. Б2 або неіржавіюча хромонікелева сталь X18h9. Для будь-яких металів або С., в яких при зміні температури відбувається поліморфне перетворення основного компонента, при швидкому охолоджуванні можливий гарт з бездіффузіонним поліморфним перетворенням, яку зазвичай називають «гартом на мартенсіт ». Мартенситне перетворення, відкрите при вивченні гарту вуглецевих і легованих сталей, як з'ясувалося згодом, є одним з фундаментальних способів перебудови кристалічної решітки, властивим як чистим металам, так і самим різним класам С.: безуглеродістим С. на основі заліза, сплавам кольорових металів, напівпровідниковим з'єднанням і ін. Сучасна термічна обробка металів і С. включає не лише власне термічну, але і термомеханічну обробку, химіко-механічну обробку і химіко-термічну обробку . В процесі таких технологічних операцій, як литво, зварка, гаряча обробка тиском, С. можуть побічно також піддаватися окремим видам термічної дії і змінювати свої властивості.

  Для встановлення і перевірки властивостей С. застосовують різні методи контролю, в т.ч.(у тому числі) руйнівного — випробування на механічну міцність і пластичність, жароміцність (див. Механічні властивості матеріалів ), а також випробування на стійкість проти корозії(див. Корозія металів, Жаростійкість і ін.), і неруйнівного (виміри твердості, електричних, оптичних, магнітних і ін. властивостей). Склад С. визначається химіко-аналітічнімі методами (див. Якісний аналіз, Кількісний аналіз ), за допомогою спектрального аналізу, рентгеноспектрального аналізу і ін. методів. Вельми ефективні для практичного вживання методи швидкого («експресного») хімічного аналізу, використовувані при виробництві С., напівфабрикатів і виробів з С. Для дослідження як самої структури С., так і її дефектів використовуються методи фізичного металознавства. Розрізняють макроскопічні і мікроскопічні дефекти С. (див. Дефекти в кристалах, Дефекти металів ).

  Переважна більшість промислових С. існує в дрібнозернистому (у вигляді полікрісталлов ) стані; властивості таких С. практично ізотропні (див. Ізотропія ). Здобуття С. у вигляді монокристалів представляло чисто науковий інтерес. Лише з 2-ої половини 20 ст з'явилася необхідність в промисловому виробництві С. у вигляді монокристалів, оскільки у ряді областей нової техніки можуть бути використані лише монокристали (див. Напівпровідникові матеріали ).

  Сучасні успіхи науки о С. значною мірою пов'язані з вдосконаленням класичних і розробкою нових фізичних методів дослідження твердого тіла (див. Рентгенівський структурний аналіз, Електронна мікроскопія, Нейтронографія, Електронографія і ін. методи) .Подробнєє про методи здобуття С., їх властивостях значенні і вживанні див.(дивися) також статті про різних С.

 

  Літ.: Д. К. Чернов і наука про метали, під ред. Н. Т. Гудцова, Л. — М., 1950; Бочвар А. А., Металознавство, 5 видавництво, М., 1956; Смірягин А. П., Промислові кольорові метали і сплави, 2 видавництва, М., 1956; Курнаков Н. С., Ізбр. праці, т. 1—2, М., 1960—61; Колачев Би. А., Ліванов Ст І., Елагин В. І. Металловеденіє і термічна обробка кольорових металів і сплавів, М., 1972; Бокштейн С. З., Будова і властивості: металевих сплавів, М., 1971; Курдюмов Р. Ст, Явища гарту і відпустки стали, М., 1960; Штейнберг С. С., Металознавство, М., 1961; Хансен М., Андерко До., Структури подвійних сплавів, пер.(переведення) з англ.(англійський), 2 видавництва, т. 1—2, М., 1962; Діаграми стану металевих систем, ст 1—17, під ред. Н. Ст Агєєва, М., 1959—73; Савіцкий Е. М., Бурханов Р. С., Металознавство тугоплавких металів і сплавів, М., 1967; Еліот Р. П., Структури подвійних сплавів, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 1—2, М., 1970; Шанк Ф. А., Структури подвійних сплавів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1973; Фізичне металознавство, під ред. Р. Кана, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 1—3, М., 1967—68; Горелік С. С., Дашевський М. Я., Матеріалознавство напівпровідників і металознавство, М., 1973; Новіков І. І., Теорія термічної обробки металів, М., 1974.

  С. А. Погодін, Р. Ст Інденбаум.