Легирани метали: описание, списък и характеристики на приложението

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Развитието се идентифицира с подобрение. Подобряването на индустриалните и битови възможности се осъществява чрез използването на материали с прогресивни характеристики. Това са по-специално легирани метали. Тяхното разнообразие се определя от възможността за коригиране на количествения и качествения състав на легиращите елементи.

Естествена легирана стомана

Първото топено желязо, което се различаваше от роднините си по свойствата си, беше естествено легирано. Стопеното праисторическо метеоритно желязо съдържаше повишено количество никел. Намерен е в древни египетски погребения от 4-5 хилядолетия пр.н.е. д., архитектурният паметник на Кутаб Минар в Делхи (5 век) е построен от същия. Японските дамаски мечове са направени от желязо, наситено с молибден, а дамаската стомана съдържа волфрам, характерен за съвременното високоскоростно рязане. Това бяха метали, рудата за които се добиваше от определени места.

Модерните производствени сплави могат да съдържат естествени метални инеметален произход, които са отразени в техните характеристики и свойства.

Исторически път

Основата за развитието на легирането е положена с обосновката на метода на топене на стомана в тигел в Европа през 18 век. В по-примитивна версия тигелите са били използвани в древни времена, включително за топене на дамаск и дамаска стомана. В началото на 18-ти век тази технология е подобрена в индустриален мащаб и дава възможност за регулиране на състава и качеството на изходния материал.

• Едновременното откриване на все повече и повече нови химически елементи тласна изследователите към експериментални експерименти за топене.
• Установено е отрицателното влияние на медта върху качеството на стоманата.
• Открит е месинг, съдържащ 6% желязо.

Проведени са експерименти по отношение на качествени и количествени ефекти върху стоманената сплав от волфрам, манган, титан, молибден, кобалт, хром, платина, никел, алуминий и др.

Първото промишлено производство на стомана, легирана с манган, е създадено в началото на 19-ти век. Разработен е от 1856 г. като част от процеса на топене на Бесемер.

Характеристики на допинга

Съвременните възможности правят възможно топенето на легирани метали от всякакъв състав. Основните принципи на въпросната технология:

1. Компонентите се считат за легиращи само ако са въведени целенасочено и съдържанието на всеки надвишава 1%.
2. Сярата, водородът, фосфорът се считат за примеси. като неметалниизползват се включвания, бор, азот, силиций, рядко - фосфор.
3. Насипното легиране е въвеждането на компоненти в разтопено вещество в рамките на металургичното производство. Повърхността е метод за дифузионно насищане на повърхностния слой с необходимите химични елементи под въздействието на високи температури.
4. По време на процеса добавките променят кристалната структура на "дъщерния" материал. Те могат да създават разтвори за проникване или изключване, както и да се поставят на границите на метални и неметални конструкции, създавайки механична смес от зърна. Степента на разтворимост на елементите един в друг играе голяма роля тук.

Сплавни компоненти

Според общата класификация всички метали се делят на черни и цветни. Черните включват желязо, хром и манган. Цветните се делят на леки (алуминий, магнезий, калий), тежки (никел, цинк, мед), благородни (платина, сребро, злато), огнеупорни (волфрам, молибден, ванадий, титан), леки, редкоземни и радиоактивни. Легираните метали включват голямо разнообразие от леки, тежки, благородни и огнеупорни цветни метали, както и всички черни метали.

В зависимост от съотношението на тези елементи и основната маса на сплавта, последните се разделят на нисколегирани (3%), средно легирани (3-10%) и високолегирани (повече от 10 %).

легирани стомани

Технологично процесът не създава затруднения. Обхватът е много широк. Основни цели застоманите са както следва:

• Увеличете силата.
• Подобрете резултатите от топлинната обработка.
• Увеличаване на устойчивостта на корозия, устойчивост на топлина, устойчивост на топлина, устойчивост на топлина, устойчивост на агресивни условия на работа, експлоатационен живот.

Основните компоненти са черни легиращи и огнеупорни метали, които включват Cr, Mn, W, V, Ti, Mo, както и цветни Al, Ni, Cu.

Хромът и никелът са основните компоненти, които определят неръждаемата стомана (X18H9T), както и топлоустойчивата стомана, чиито работни условия се характеризират с високи температури и ударни натоварвания (15X5). До 1,5% се използват за лагери и фрикционни части (15HF, SHKH15SG)

Манганът е основен компонент на износоустойчивите стомани (110G13L). В малки количества допринася за деоксидацията, намалявайки концентрацията на фосфор и сяра.

Силиций и ванадий са елементи, които повишават еластичността в определено количество и се използват за направата на пружини и пружини (55C2, 50HFA).

Алуминият е приложим за желязо с високо електрическо съпротивление (X13Y4).

Значително съдържание на волфрам е типично за високоскоростни устойчиви инструментални стомани (R9, R18K5F2). Бормашина от легиран метал, изработена от този материал, е много по-продуктивна и устойчива на задействане от същия инструмент, изработен от въглеродна стомана.

Легираните стомани навлизат в ежедневната употреба. В същото време са известни т. нар. сплави с удивителни свойства, получени също чрез методите на легиране. Така че "дървената стомана" съдържа 1% хроми 35% никел, което обуславя високата му топлопроводимост, характерна за дървото. Диамантът включва също 1,5% въглерод, 0,5% хром и 5% волфрам, което го характеризира като особено твърд, подобен на диамант.

Легиране на чугун

Чугуните се различават от стоманите със значително съдържание на въглерод (от 2,14 до 6,67%), висока твърдост и устойчивост на корозия, но ниска якост. За да се разшири гамата от значими свойства и приложения, той е легиран с хром, манган, алуминий, силиций, никел, мед, волфрам, ванадий.

Поради специалните характеристики на този желязо-въглероден материал, неговото легиране е по-сложен процес, отколкото за стоманата. Всеки от компонентите влияе върху трансформацията на въглеродните форми в него. Така манганът допринася за образуването на "правилния" графит, което увеличава здравината. Въвеждането на други води до преминаване на въглерода в свободно състояние, избелване на чугуна и намаляване на неговите механични свойства.

Технологията се усложнява от ниската температура на топене (средно до 1000 ˚C), докато за повечето легиращи елементи тя значително надвишава това ниво.

Сложното легиране е най-ефективно за чугуни. В същото време трябва да се има предвид повишената вероятност от сегрегация на такива отливки, рискът от напукване и дефекти на отливката. По-рационално е технологичният процес да се извършва в електромагнитни и индукционни пещи. Задължителна последователна стъпка е висококачествената термична обработка.

Хромовите чугуни се характеризират с висока устойчивост на износване, здравина, устойчивост на топлина, устойчивост на стареене и корозия (CH3, CH16). Използват се в химическото инженерство и в производството на металургично оборудване.

Чугуните, легирани със силиций, се отличават с висока устойчивост на корозия и устойчивост на агресивни химични съединения, въпреки че имат задоволителни механични свойства (ChS13, ChS17). Те образуват части от химическо оборудване, тръбопроводи и помпи.

Термоустойчивите чугуни са пример за високопроизводително комплексно легиране. Те съдържат черни и легиращи метали като хром, манган, никел. Характеризират се с висока устойчивост на корозия, износоустойчивост и устойчивост на високи натоварвания при високи температурни условия - части от турбини, помпи, двигатели, оборудване за химическата промишленост (ChN15D3Sh, ChN19Kh3Sh).

Важен компонент е медта, която се използва в комбинация с други метали, като същевременно повишава леярските характеристики на сплавта.

Сплав от мед

Използва се в чист вид и като част от медни сплави, които имат голямо разнообразие в зависимост от съотношението на основни и легиращи елементи: месинг, бронз, меден никел, никел сребро и други.

Чистият месинг - сплав с цинк - не е легиран. Ако съдържа в определено количество легиращи цветни метали, се счита за многокомпонентен. Бронзите са сплави с други метални съставки,могат да бъдат калай и несъдържащи калай, са легирани във всички случаи. Качеството им се подобрява с помощта на Mn, Fe, Zn, Ni, Sn, Pb, Be, Al, P, Si.

Съдържанието на силиций в медните съединения повишава тяхната устойчивост на корозия, здравина и еластичност; калай и олово - определят антифрикционните качества и положителните характеристики по отношение на обработваемостта; никел и манган - компоненти на така наречените ковани сплави, които също имат положителен ефект върху устойчивостта на корозия; желязото подобрява механичните свойства, докато цинкът подобрява технологичните свойства.

Използва се в електротехниката като основна суровина за производството на различни проводници, материал за производството на критични части за химическо оборудване, в машиностроенето и уредите, в тръбопроводи и топлообменници.

Алуминиева сплав

Използва се като ковани или отляти сплави. Легираните метали на негова основа са съединения с мед, манган или магнезий (дуралумини и други), последните са съединения със силиций, така наречените силумини, докато всичките им възможни варианти са легирани с Cr, Mg, Zn, Co, Cu, Си.

Медта увеличава своята пластичност; силиций - течливост и висококачествени леярски свойства; хром, манган, магнезий - подобряват якостта, технологичните свойства на обработваемост чрез налягане и устойчивост на корозия. Също така, B, Pb, Zr,Ти, Би.

Желязото е нежелан компонент, но се използва в малки количества при производството на алуминиево фолио. Силумините се използват за отливане на критични части и корпуси в машиностроенето. Дуралумините и щамповащите сплави на алуминиева основа са важна суровина за производството на елементи на корпуса, включително носещи конструкции, в авиационната индустрия, корабостроенето и машиностроенето.

Легираните метали се използват във всички области на индустрията като тези, които имат подобрени механични и технологични характеристики в сравнение с оригиналния материал. Гамата от легиращи елементи и възможностите на съвременните технологии позволяват разнообразни модификации, които разширяват възможностите в науката и технологиите.