Химия. 11 класс

Сплавы металлов, их состав, свойства, применение

В технике и в быту, как правило, используют не индивидуальные металлы, а их сплавы. Наиболее часто сплавы получают металлургическим путём, расплавляя механические смеси двух и более металлов или смеси металлов с неметаллами. Полученные расплавы выдерживают при определённой температуре для протекания взаимодействия компонентов, а затем кристаллизуют.

Под металлическими сплавами понимают материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом.

Свойства сплава зависят от природы и количественного соотношения компонентов, метода получения и обработки. Сопоставим такие свойства индивидуальных металлов и сплавов, как температура плавления, твёрдость и плотность.

Сплавы часто отличаются более низкими температурами плавления по сравнению с индивидуальными металлами. Например, чистый свинец плавится при температуре +327,5 °С, а чистое олово — при +232 °С. Сплав на основе олова, содержащий 36 % свинца, имеет температуру плавления +181 °С. Сплавы обычно твёрже чистого металла, их электро- и теплопроводность меньше. Многие сплавы известны человеку с древних времён. Первые металлические предметы, которые удалось найти археологам, были сделаны из бронзы — сплава, который дал название целой эпохе развития человечества. Плотность сплавов обычно имеет значение промежуточное между плотностями индивидуальных компонентов сплава.

Бронзами называют сплавы меди с другими металлами, например оловом, железом, алюминием и др., кроме цинка и никеля. Наиболее распространены оловянистые бронзы — сплавы Cu—Sn, в которых содержание олова достигает нескольких процентов, а иногда и выше. Сплав меди с цинком с разным содержанием цинка, иногда даже до 50 %, называют латунью. Благодаря устойчивости к механическому истиранию и высокой коррозионной стойкости бронзу и латунь применяют для изготовления деталей машин и приборов, различной фурнитуры, труб. Бронзу используют для литья скульптур и памятников. Нам всем знакомы бронзовые люстры и статуэтки, латунные краны, самовары, дверные ручки (рис. 107).

На данном этапе развития цивилизации наиболее широко применяемый металл — железо, но его не используют в чистом виде. Твёрдость чистого железа невелика. Кроме того, оно быстро окисляется на воздухе, особенно во влажной атмосфере, от чего изделия из него приходят в негодность. Поэтому используют сплавы железа, содержащие углерод и примеси других металлов. При содержании углерода более 2 % по массе — это чугуны, менее 2 % — стали.

Благодаря хорошим литейным качествам, прочности, малому коэффициенту трения и многим другим полезным качествам чугун используют для изготовления деталей арматуры, оснований станков, подшипников, котлов и многих других изделий машино-, тракторо- и станкостроения. Сталь в сравнении с чугуном более пластична, прочнее, твёрже, легче обрабатывается механически. Некоторые её сорта, содержащие примеси Cr, Ni, Mo, Ti, более коррозионностойкие. Сплавы железа с никелем, хромом и другими металлами (до нескольких процентов), содержащие менее 2 % углерода, незаменимы при изготовлении строительных конструкций, деталей машин, рельсов, режущего инструмента, арматуры (рис. 107).

Дюралюминий — сплав алюминия (94 %) с медью, магнием и марганцем — основной конструкционный материал в авиации, космонавтике, производстве скоростных поездов, автомобилей и других областях промышленности, для которых принципиальную роль играет минимальная масса конструкции. Этот сплав отличается не только лёгкостью, но и прочностью (см. рис. 107).