21 Вопрос: Металлические материалы. Классификация.

Металлические материалы делятся на металлы и сплавы.

Металлы состоят из одного основного элемента и незначительного количества примесей других элементов.

По степени чистоты различают металлы технической, высокой и особой чистоты. Например, алюминий технической чистоты содержит до 1% примесей железа, кремния, меди, цинка, титана и других элементов. Сумма примесей в алюминии высокой чистоты составляет от 0,050 до 0,005%. Содержание основного элемента в металлах особой чистоты составляет от 99,999 до 99,999999999% и более.

Металлические сплавы — это системы, состоящие из двух или более химических элементов. Они могут содержать только металлы (например, латунь - сплав меди с цинком) либо представлять сочетание металлов с неметаллами (например, чугун и сталь — сплавы железа с углеродом).

Химические элементы, входящие в состав сплава, называются компонентами. Кроме основного компонента, преобладающего в сплаве, различают еще легирующие компоненты, вводимые в состав сплава для получения требуемых свойств. Так, для повышения коррозионной стойкости латуни в морской воде в неё добавляют олово.

Первоначальное значение термина «сплав» изменилось. Раньше промышленные сплавы получали только сплавлением двух или более компонентов. Сейчас используют и другие технологические способы получения сплавов: порошковую металлургию (спекание), электролиз, плазменное напыление, кристаллизацию из паров в вакууме, диффузионный метод (проникновение одного вещества в другое твёрдое вещество при высоких температурах) и т.д.

В машиностроении сплавы применяются значительно шире чистых металлов, так как они обеспечивают требуемый комплекс механических, физических и технологических свойств.

Применяя различные сочетания компонентов, составляющих сплавы, и их последующую обработку (термическую, механическую и др.), можно получить широкую гамму материалов, способных удовлетворять самым разнообразным требованиям.

Сплавы превосходят чистые металлы по прочности, жаропрочности, твёрдости, износостойкости, обрабатываемости резанием, литейным свойствам и т.д. Например, железо - недостаточно прочный металл, почти не используемый в чистом виде. Зато самое широкое применение в технике имеют сплавы железа с углеродом - стали и чугуны.

На современном этапе развития техники увеличивается количество сплавов и усложняется их состав. Кроме того, большое значение имеют металлы особой чистоты, применяемые в атомной, электронной и других отраслях техники.

Единой классификации сплавов нет. Их классифицируют:

• по основному компоненту на железные, алюминиевые, медные, магниевые, титановые и др.;

• по числу компонентов на двухкомпонентные (двойные), трёхкомпонентные (тройные) и многокомпонентные;

• по технологии изготовления полуфабрикатов и изделий на литейные, деформируемые, порошковые (спеченные) и др.;

• по плотности на лёгкие (магниевые, бериллиевые, алюминиевые, титановые сплавы) с малой плотностью (до 5000 кг/м3) и тяжелые (стареющие сплавы, главным образом на основе вольфрама) с высокой (не менее 15 ООО кг/м3) плотностью;

• по температуре плавления на легкоплавкие, имеющие низкую температуру плавления (припои, баббиты и др.), и тугоплавкие (сплавы на основе ниобия, молибдена, тантала, вольфрама и др.), температура плавления которых выше 1800 °С;

• по применению на антифрикционные (сплавы с низким коэффициентом трения и высоким уровнем износостойкости); коррозионно-стойкие (сплавы на основе железа, никеля, меди, алюминия, титана и других элементов, отличающиеся повышенной коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах); криогенные (прецизионные сплавы на основе железа, никеля, алюминия, характеризующиеся комплексом тепловых, электрических, магнитных, механических свойств и предназначенные для работы при низких температурах (от -269 до +20 °С); магнитные (сплавы, обладающие ферромагнетизмом); немагнитные (сплавы на основе меди, алюминия, железа, магнитная проницаемость которых близка к единице); пружинные (сплавы на железной, медной, никелевой, кобальтовой и других основах с высоким пределом упругости и релаксационной стойкостью) и т.д.