Легаваныя металы: апісанне, спіс і асаблівасці прымянення

Развіццё атаясамліваецца з удасканаленнем. Паляпшэнне прамысловых і бытавых магчымасцяў ажыццяўляецца з дапамогай выкарыстання матэрыялаў з прагрэсіўнымі характарыстыкамі. Гэта, у прыватнасці, легаваныя металы. Іх разнастайнасць вызначаецца магчымасцямі карэкцыі колькаснага і якаснага складу легіруючых элементаў.

Прыродна-легаваная сталь

Першае выплаўленае жалеза, якое па сваіх уласцівасцях адрознівалася ад суродзічаў, было прыродна-легіраваных. У выплавляемым дагістарычным метэарытнага залозе змяшчалася падвышаная колькасць нікеля. Яго знаходзілі ў старажытнаегіпецкіх пахаваннях 4-5 тысячагоддзяў да н. э., з такога ж збудаваны помнік архітэктуры Кутабы Минар ў Дэлі (V стагоддзе). Японскія булатныя мячы вырабляліся з жалеза, насычанага малібдэнам, а дамаская сталь ўтрымоўвала вальфрам, характэрны для сучаснай хуткарэзнай. Гэта былі металы, руда для якіх здабывалася з пэўных месцаў.

Сплавы сучаснага вытворчасці могуць змяшчаць прыродныя кампаненты металічнага і неметалічнага паходжання, якія адбіваюцца на іх характарыстыках і ўласцівасцях.

Гістарычны шлях

Падмурак для развіцця легіравання быў закладзены абгрунтаваннем Тыгельны спосабу плаўлення сталі ў Еўропе ў XVIII стагоддзі. У больш прымітыўным варыянце ціглі выкарыстоўваліся яшчэ ў старажытныя часы, у тым ліку для выплаўлення булатныя і дамаскай сталі. У пачатку 18 стагоддзя гэтая тэхналогія атрымала ўдасканаленне ў прамысловых маштабах і дазваляла карэктаваць склад і якасць зыходнага матэрыялу.

• Адначасовае адкрыццё ўсё новых і новых хімічных элементаў, падштурхоўвала даследчыкаў на эксперыментальныя досведы выплаўлення.
• Устаноўлена негатыўны ўплыў медзі на якасць сталі.
• Адкрыта латунь, якая змяшчае 6% жалеза.

Праводзіліся досведы з пункту гледжання якаснага і колькаснага ўплыву на стальной сплаў вальфраму, марганца, тытана, малібдэна, кобальту, хрому, плаціны, нікеля, алюмінія і іншых.

Першае прамысловая вытворчасць сталі, легаванай марганца, наладжана ў пачатку XIX стагоддзя. Яно ж атрымала развіццё з 1856 года ў рамках бессемеровского працэсу выплаўлення.

асаблівасці легіравання

Сучасныя магчымасці дазваляюць выплаўляць легаваныя металы любога складу. Асноўныя прынцыпы разгляданай тэхналогіі:

1. Кампаненты лічацца легіравальных толькі ў тым выпадку, калі яны ўводзяцца мэтанакіравана і змест кожнага перавышае 1%.
2. Сера, вадарод, фосфар лічацца прымешкамі. У якасці неметалічных уключэнняў выкарыстоўваюцца бор, азот, крэмній, рэдка - фосфар.
3. Аб'ёмнае легіраванне - гэта ўвядзенне кампанентаў ў расплаўленую субстанцыю ў рамках металургічнай вытворчасці. Павярхоўнае ўяўляе сабой спосаб дыфузійнага насычэння павярхоўнага пласта неабходнымі хімічнымі элементамі пад дзеяннем высокіх тэмператур.
4. У ходзе працэсу дабаўкі змяняюць крышталічную структуру «даччынага» матэрыялу. Яны могуць ствараць растворы пранікнення або выключэння, а таксама размяшчацца на межах металічнай і неметалічны структур, ствараючы механічную сумесь зерня. Вялікую ролю тут гуляе ступень растваральнасці элементаў адзін у адным.

легіравальных кампаненты

Згодна з агульнай класіфікацыі, усе металы дзеляцца на чорныя і каляровыя. Да чорным ставяцца жалеза, хром і марганец. Каляровыя дзеляцца на лёгкія (алюміній, магній, калій), цяжкія (нікель, цынк, медзь), высакародныя (плаціна, срэбра, золата), тугаплаўкія (вальфрам, малібдэн, ванадый, тытан), лёгкія, рэдказямельныя і радыёактыўныя. Да легіравальных металах ставіцца значнае разнастайнасць лёгкіх, цяжкіх, высакародных і тугаплаўкіх каляровых, а таксама ўсе чорныя.

У залежнасці ад суадносін гэтых элементаў і асноўны массеы сплаву апошнія дзеляцца на низколегированные (3%), среднелегированные (3-10%) і высоколегированные (больш за 10%).

легаваныя сталі

Тэхналагічна працэс не выклікае цяжкасцей. Асартымент вельмі шырокі. Асноўныя мэты для сталей наступныя:

• Павышэнне трываласці.
• Паляпшэнне вынікаў тэрмічнай апрацоўкі.
• Павелічэнне каразійнай стойкасці, цеплатрывалых, гарачатрывалага, цеплаўстойлівасці, устойлівасці да агрэсіўным умовам працы, тэрміну службы.

Асноўныя складнікі - чорныя легіравальных і тугаплаўкія металы, да якіх ставяцца Cr, Mn, W, V, Ti, Mo, а таксама каляровыя Al, Ni, Cu.

Хром і нікель - галоўныя кампаненты, якія вызначаюць нержавеючай сталь (Х18Н9Т), а таксама гарачатрывалую, умовы працы якой характарызуюцца высокімі тэмпературамі і ўдарнымі нагрузкамі (15Х5). У колькасці да 1,5% выкарыстоўваюцца для падшыпнікаў і дэталяў трэння (15ХФ, ШХ15СГ)

Марганец - асноватворная складнік зносастойкіх сталей (110Г13Л). У невялікіх колькасцях спрыяе раскіслення, зніжэнні канцэнтрацыі фосфару і серы.

Силиций і ванадый - элементы, якія ў пэўным колькасці павышаюць пругкасць і выкарыстоўваюцца для вырабу спружын і рысор (55С2, 50ХФА).

Алюміній выкарыстоўваецца і ў дачыненні для жалеза з вялікім электрычным супрацівам (Х13Ю4).

Значнае ўтрыманне вальфраму характэрна для хуткарэзнай ўстойлівых інструментальных сталей (Р9, Р18К5Ф2). Легаванай свердзел па метале з такога матэрыялу нашмат больш прадукцыйнае і ўстойлівае да спрацоўвання, чым той жа інструмент з вугляродзістай сталі.

Легаваныя сталі ўвайшлі ў паўсядзённае выкарыстанне. Адначасова вядомыя так званыя сплавы з дзіўнымі ўласцівасцямі, атрыманыя таксама метадамі легіравання. Так «драўляная сталь» змяшчае 1% хрому і 35% нікеля, што вызначае яе высокую цеплаправоднасць, характэрную для дрэва. Алмазная жа ўключае 1,5% вугляроду, 0,5% хрому і 5% вальфраму, што характарызуе яе як асабліва цвёрдую, падобна алмаза.

легіраванне чыгуну

Чыгуны адрозніваюцца ад сталей значным утрыманнем вугляроду (ад 2,14 да 6,67%), высокай цвёрдасцю і каразійнай устойлівасцю, аднак нязначнай трываласцю. З мэтай пашырэння дыяпазону паказальных уласцівасцяў і сфер прымянення, яго легіравальных хромам, марганцам, алюмініем, силицием, нікелем, меддзю, Вальфрамам, ванадыя.

У сувязі з адмысловымі характарыстыкамі дадзенага железоуглеродистого матэрыялу, яго легіраванне - больш складаны працэс, чым для сталі. Кожны з кампанентаў ўплывае на пераўтварэнне формаў карбону ў ім. Так марганец спрыяе фармаванню «правільнага» графіту, што павышае трываласць. Ўвядзенне іншых жа мае следствам пераход вугляроду ў вольны стан, адбельванне чыгуну і зніжэнне яго механічных уласцівасцяў.

Тэхналогія ўскладняецца невысокай тэмпературай плаўлення (у сярэднім, да 1000 ˚С), тады як для большасці легіруючых элементаў яна значна перавышае гэты ўзровень.

Найбольш эфектыўна для чыгуну комплекснае легіраванне. Адначасова, варта ўлічваць павышэнне верагоднасці ликвации такіх адлівак, рызыкі трещинообразования, дэфектаў ліцця. Ажыццяўляць тэхналагічны працэс больш рацыянальна ў электрамагнітных і індукцыйных печах. Абавязковай паслядоўным этапам з'яўляецца якасная тэрмаапрацоўка.

Хромистые чыгуны характарызуюцца высокай зносаўстойлівасцю, трываласцю, цеплатрывалых, устойлівасцю да старэння і карозіі (ЧХ3, ЧХ16). Прымяняюцца ў хімічным машынабудаванні і ў вытворчасці металургічнага абсталявання.

Чыгуны, легаваныя крэмніем, адрозніваюцца высокай каразійнай устойлівасцю і ўстойлівасцю да ўплыву агрэсіўных хімічных злучэнняў, хоць і здавальняючымі механічнымі ўласцівасцямі (ЧС13, ЧС17). Фармуюць дэталі хімічнай апаратуры, трубаправодаў і помпаў.

Прыкладам высокапрадуктыўнага комплекснага легіравання з'яўляюцца гарачатрывалыя чыгуны. Яны ўтрымліваюць у сваім складзе чорныя і легіравальных металы, такія як хром, марганец, нікель. Для іх характэрна высокая ўстойлівасць да карозіі, зносаўстойлівасць і ўстойлівасць да высокіх нагрузак ва ўмовах высокатэмпературных уздзеянняў - дэталі турбін, помпаў, рухавікоў, апаратуры хімічнай прамысловасці (ЧН15Д3Ш, ЧН19Х3Ш).

Важным кампанентам з'яўляецца медзь, якая задзейнічана ў комплексе з іншымі металамі, пры гэтым павышае ліцейныя характарыстыкі сплаву.

легаваная медзь

Выкарыстоўваецца ў чыстым выглядзе і ў складзе медных сплаваў, якія маюць шырокае разнастайнасць у залежнасці ад суадносін асноўных і легіруючых элементаў: латуні, бронзы, Мельхіёр, нельзийберы і іншыя.

Чыстая латунь - сплаў з цынкам - ня легіравальных. Калі ў яе склад уваходзяць легіравальных каляровыя металы ў пэўным колькасці - яна лічыцца шматкампанентнай. Бронзы - гэта сплавы з іншымі металічнымі складнікамі, могуць быць алавянымі і не ўтрымоўвальнымі волава, легіравальных ва ўсіх выпадках. Паляпшэнне іх якасці ажыццяўляецца з дапамогай Mn, Fe, Zn, Ni, Sn, Pb, Be, Al, P, Si.

Ўтрыманне крэмнія ў медных злучэннях павышае іх каразійную стойкасць, трываласць і пругкасць; волава і свінец - вызначаюць антыфрыкцыйныя якасці і пазітыўныя характарыстыкі адносна обрабатываемость рэзаннем; нікель і марганец - складнікі, так званых, дэфармаваных сплаваў, якія таксама станоўча ўплываюць на ўстойлівасць да карозіі; жалеза паляпшае механічныя ўласцівасці, а цынк - тэхналагічныя.

Прымяняюцца ў электратэхніцы, як асноўную сыравіну для вырабу разнастайных правадоў, матэрыял для вырабу адказных дэталяў для хімічнага абсталявання, у машынабудаванні і прыборабудаванні, у трубаправодах і цеплаабменніках.

легіраванне алюмінія

Выкарыстоўваецца ў выглядзе дэфармаваных або ліцейных сплаваў. Легаваныя металы яго аснове ўяўляюць сабой злучэння з меддзю, марганцам ці магніем (дуралюмины і іншыя), апошнія - злучэнні з силицием, так званыя Сілумін, пры гэтым усе іх магчымыя варыянты легіравальных з дапамогай Cr, Mg, Zn, Co, Cu, Si.

Медзь павышае яго пластычнасць; крэмній - цякучасць і якасныя ліцейныя ўласцівасці; хром, марганец, магній - паляпшаюць трываласць, тэхналагічныя ўласцівасці обрабатываемость ціскам і каразійную ўстойлівасць. Таксама ў якасці легіруючых кампанентаў, якія спрыяюць ўстойлівасці да старэння і да агрэсіўных умовам працы, могуць прымацца B, Pb, Zr, Ti, Bi.

Жалеза - непажаданы кампанент, аднак у невялікіх колькасцях ўжываецца для вытворчасці алюмініевай фальгі. Сілумін выкарыстоўваюцца для ліцця адказных дэталяў і карпусоў у машынабудаванні. Дуралюмины і штамповочный сплавы на аснове алюмінія - важная сыравіна для вырабу карпусных элементаў, у тым ліку сілавых канструкцый, у авіябудаванні, суднабудаванні і машынабудаванні.

Легаваныя металы задзейнічаны ва ўсіх сферах прамысловасці як тыя, якія маюць павышаныя механічныя і тэхналагічныя характарыстыкі, у параўнанні з зыходным матэрыялам. Асартымент легіруючых элементаў і магчымасці сучасных тэхналогій дазваляюць вырабляць разнастайныя мадыфікацыі, якія пашыраюць магчымасці ў навуцы і тэхніцы.