Введение

В технике под металлами понимают вещества, обладающие металлическим блеском, достаточно высокой пластичностью, высокой электропроводностью и теплопроводностью. Указанными свойствами обладают не только чистые металлы, но и сплавы на их основе (металлические сплавы). Сплав - это система, состоящая из 2 и более компонентов.

Традиционно сложилось деление всех металлов на черные и цветные. Это деление является условным. Обычно к черным металлам относят прежде всего железо, а также кобальт, никель и близкий к ним по свойствам марганец. Однако, например А.П.Гуляев, к черным металлам предлагает относить не только эти металлы, но также и тугоплавкие металлы, металлы группы урана - актиниды, редкоземельные металлы, или лантаноиды, щелочноземельные металлы. Такое мнение не является бесспорным.

К цветным металлам традиционно относили все металлы, кроме железа и элементов его группы. Обычно признаком цветного металла являлся его специфический цвет, отличный от темно-серого, например, белый (алюминий, серебро), желтый (золото), красный (медь) и т.д.

Цветные металлы, такие, как медь, серебро, золото, а также олово, свинец начали применять раньше, чем железо и его сплавы, начало их применения относится к “бронзовому веку”.

Целью данного курса является изучение структуры, свойств и назначения наиболее распространенных в технике цветных металлов и конструкционных и специальных сплавов на их основе.

Создание новых материалов и развитие производства тех или иных сплавов определяются запросами быстро развивающейся техники, прогресс которой требует материалов с разнообразными физическими, химическими, механическими свойствами. Так, в свое время в круг наиболее широко применяемых материалов вошли сплавы алюминия, во второй половине ХХ века - титан и его сплавы. Сейчас все более широко начинают применяться сплавы на основе бериллия, циркония, ниобия и других металлов. Поэтому разработка новых материалов, удешевление технологии производства сплавов и создание методов направленного воздействия на их структуру и свойства являются основой развития техники нового поколения.

При изложении данного курса учитывалось, что студенты уже изучили основные закономерности процессов структурообразования в металлах и сплавах (курсы “Физика конденсированного состояния”, “Структура материалов” и др.), а также методы исследования структуры и свойств материалов.

1. Общая характеристика цветных металлов и сплавов

1.1. Классификация цветных металлов и сплавов

Существует несколько признаков классификации.

По их характерным свойствам цветные металлы можно разделить на следующие группы:

- легкие металлы (плотность менее 3 г/куб.см): бериллий, магний, алюминий;

- легкоплавкие металлы : цинк, кадмий, олово, сурьма, свинец, ртуть, висмут, теллур, имеющие низкую температуру плавления;

- тугоплавкие металлы: титан, хром, цирконий, ниобий. молибден, вольфрам, ванадий, тантал и др., температура плавления которых выше, чем у железа;

- благородные металлы - серебро, золото, платина и металлы группы платины, которые обладают высокой коррозионной стойкостью; к ним иногда относят и “полублагородную” медь;

- урановые металлы (U, Th, Ra, и др.), обладающие радиоактивностью и используемые в ядерной энергетике;

- редкоземельные металлы: лантаноиды (La, Ce, Pr, Sm и др.), а также иттрий и скандий, используемые преимущественно как присадки в сплавы;

- щелочноземельные металлы и т.д.

По назначению цветные металлы и сплавы можно разделить на 2 группы:

1. Конструкционные материалы, используемые для изготовления различных деталей, узлов машин и конструкций. К ним относится большинство сплавов на основе меди, алюминия, магния, титана и т.д.: а)материалы с особыми технологическими свойствами (сплавы на основе меди - латуни и бронзы), б)материалы с малой плотностью (сплавы на основе алюминия и магния), в)материалы с высокой удельной прочностью (титан, бериллий и сплавы на их основе), г)антифрикционные материалы - подшипниковые сплавы (баббиты и др.), д)материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды - коррозионностойкие (серебро, золото, платина и др.), жаростойкие, жаропрочные, хладостойкие, радиационно-стойкие материалы и др.

2. Металлы и сплавы с особыми физическими свойствами: а) материалы с особыми электрическими свойствами - с высокой электропроводностью, с высоким электрическим сопротивлением для нагревательных элементов и реостатов, припои, полупроводниковые материалы; б) материалы с особыми магнитными свойствами; в) материалы с особыми тепловыми свойствами.

Учитывая, что один и тот же металл часто является основой сплавов разного назначения, распространена классификация металлических сплавов по основному металлу. Наиболее широкое применение в технике в соответствии с этим классификационным признаком находят следующие материалы: а) сплавы на основе меди, б) сплавы на основе алюминия, в) сплавы на основе титана, г) сплавы на основе магния, д) сплавы на основе бериллия, е) сплавы на основе легкоплавких металлов - цинка, олова, свинца и др., ж) тугоплавкие металлы (V, Nb, Zr, W, Mo, Ta) и сплавы на их основе, з) благородные металлы (Ag, Au, Pt и др.) и сплавы на их основе.

Эти материалы и будут преимущественно рассматриваться в данном курсе.