Сплавы (металлов)

Сплавы (далее С) металлов, металлические сплавы, твердые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов, а также металлов с различными неметаллами. Термин "С (металлов)" первоначально относился к материалам с металлическими свойствами. Однако с середины 20 в. в связи с бурным развитием физики и техники полупроводников и полупроводниковых материалов понятие С (металлов) расширилось и распространилось на С (металлов) элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений. С (металлов) даже при сравнительно простой структуре часто обладают более высокими механическими и физическими свойствами, чем составляющие их чистые металлы, например твердые растворы — (бронза) или — (чугун, сталь). Два больших периода истории материальной культуры — бронзовый век и железный век — названы по тем металлам и С (металлов), из которых изготовлялись орудия труда, предметы вооружения и пр. Издавна было известно, что свойства С (металлов) зависят не только от их состава, но и от тепловой (например, закалка) и механической (например, ковка) обработки, Переход от поиска практически важных С (металлов) с помощью "проб и ошибок" к научным основам создания промышленных С (металлов) произошел только в конце 19 — начале 20 вв., когда под влиянием быстро растущих запросов техники и идей физической химии возникло учение о зависимости между свойствами металлов и свойствами образованных из них С (металлов), а также о влиянии на них механических, тепловых, и др. воздействий (см. Металловедение, Металлография, Металлофизика, физико-химический анализ). Были построены диаграммы состояния и диаграммы состав — свойство для всевозможных комбинаций металлических систем, как двойных, так и многокомпонентных. Раскрываемый диаграммой состояния характер взаимодействия компонентов системы (образование твердых растворов, соединений, механических смесей, наличие фазовых превращений в твердом состоянии) позволяет предвидеть тип диаграмм состав — твердость, состав — электропроводность и др., получить представление о макроструктуре С (металлов) Во второй половине 20 в. внимание ученых в СССР и за рубежом все больше сосредоточивается на проблеме предсказания характера взаимодействия элементов и свойств их С (металлов) При этом используются закономерности, вскрытые периодической системой элементов, успехи теории химической связи, достижения физики твердого тела и вычислительной техники. Разработка теории С (металлов) создала новые возможности развития промышленности, а также ряда отраслей новой техники. Современные промышленные С (металлов) — основная часть конструкционных материалов. При этом 95% мировой металлопродукции составляют С (металлов) на основе — самого дешевого и доступного металла (сталь, чугун, ферросплавы). Все больше элементов периодической системы до недавнего времени представлявших чисто научный интерес, находит практическое применение для легирования известных и создания новых С (металлов) с целью расширения диапазона свойств и областей применения.

Большое число всевозможных С (металлов) требует их классификации. Для нее существует теоретический и практический подход. В первом случае с точки зрения термодинамики химической (и фаз правила) С (металлов) классифицируют: а) по числу компонентов — на двойные, тройные и т. д.; б) по числу фаз — на однофазные (твердый раствор или интерметаллид) и многофазные (гетерофазные), состоящие из двух и более фаз. Этими фазами могут быть чистые компоненты, твердые растворы, фазы со структурой a-, b-, g-, e-латуни, b-вольфрама, типа ₅, , ₂, сигма-фазы, фазы Лавеса (названы по имени нем. ученого Ф. Лавеса), фазы внедрения и др. Особенно ценны С (металлов) с очень тонкой гетерогенностью (см. Дисперсноупрочненные материалы, Старение металлов); можно считать, что они лежат на границе между твердыми растворами и многофазными С (металлов) По практическому получению и применению принята следующая классификация С (металлов): а) по металлам — либо являющимся основой С (металлов) (С (металлов) черных металлов и С (металлов) цветных металлов, а также алюминиевые сплавы, железные сплавы, никелевые сплавы и т. п.), либо по добавленным в небольших количествах и придающим особо ценные свойства легирующим компонентам (бериллиевая бронза, и др. стали); б) по применению (для изготовления конструкций или инструментов) и свойствам — антифрикционные, жаропрочные, жаростойкие, износостойкие, легкие и сверхлегкие, легкоплавкие, стойкие и многие другие, а также С (металлов) с особыми физическими свойствами — тепловыми, электрическими (см. Прецизионные сплавы); в) по технологии изготовления изделий — на литейные (отливка жидких С (металлов) в формы); деформируемые (в холодном или горячем состоянии путем ковки, прокатки, волочения, прессования, штамповки); полученные методами порошковой металлургии (см. Спеченные материалы).

Для обозначения качественного состава выпускаемые в СССР С (металлов) маркируются (см. на примере медных сплавов, легированных сталей). Кроме того, многие С (металлов) имеют названия, связанные с различными их признаками: составом (например, нихром), особыми свойствами (например, инвар, константан). С (металлов) называют и по фамилиям изобретателей (Вуда сплав, мельхиор, монель-металл), названиям фирм (армко-железо) и др.

Свойства большинства С (металлов) определяются как составом, так и структурой С (металлов), зависящей от условий кристаллизации и охлаждения, термической и механической обработки. При нагреве и охлаждении изменяется структура С (металлов) (см. Макроструктура, Микроструктура), что обусловливает изменение механических, физических и свойств и влияет на поведение С (металлов) при обработке и эксплуатации. Выяснение (с помощью диаграмм состояния) возможных фазовых превращений в С (металлов) дает исходные данные для анализа важнейших видов термической обработки (закалки, отпуска металлов, отжига, старения). Например, перед отжигом сталей исходной структурой чаще всего является феррито-карбидная смесь; основное превращение, происходящее при нагревании, — это переход перлита в аустенит при температуре выше 727 °С ("точка A₁"); закалка позволяет сохранить аустенитную структуру (т. н. закалка без полиморфного превращения, при которой происходит повышение прочности при сохранении пластичности С (металлов)). Типичный пример подобного поведения для С (металлов) — закаленный дуралюмин Д16. Реже встречаются С (металлов), у которых при закалке снижается прочность и сильно возрастает пластичность по сравнению с отожженным состоянием. Типичный пример — бериллиевая бронза Бр. Б2 или нержавеющая сталь X18H9. Для любых металлов или С (металлов), в которых при изменении температуры происходит полиморфное превращение основного компонента, при быстром охлаждении возможна закалка с бездиффузионным полиморфным превращением, которую обычно называют "закалкой на мартенсит". Мартенситное превращение, открытое при изучении закалки и легированных сталей, как выяснилось впоследствии, является одним из фундаментальных способов перестройки кристаллической решетки, свойственным как чистым металлам, так и самым различным классам С (металлов): безуглеродистым С (металлов) на основе сплавам цветных металлов, полупроводниковым соединениям и др. Современная термическая обработка металлов и С (металлов) включает не только собственно термическую, но и термомеханическую обработку, химико-механическую обработку и химико-термическую обработку. В процессе таких технологических операций, как литье, сварка, горячая обработка давлением, С (металлов) могут побочно также подвергаться отдельным видам термического воздействия и изменять свои свойства.

Для установления и проверки свойств С (металлов) применяют различные методы контроля, в т. ч. разрушающего — испытания на механическую прочность и пластичность, жаропрочность (см. Механические свойства материалов), а также испытания на стойкость против коррозии(см. Коррозия металлов, Жаростойкость и др.), и неразрушающего (измерения твердости, электрических, оптических, и др. свойств). Состав С (металлов) определяется химико-аналитическими методами (см. Качественный анализ, Количественный анализ), с помощью спектрального анализа, рентгеноспектрального анализа и др. методов. Весьма эффективны для практического применения методы быстрого ("экспрессного") анализа, используемые при производстве С (металлов), полуфабрикатов и изделий из С (металлов) Для исследования как самой структуры С (металлов), так и ее дефектов используются методы физического металловедения. Различают макроскопические и микроскопические дефекты С (металлов) (см. Дефекты в кристаллах, Дефекты металлов).

Подавляющее большинство промышленных С (металлов) существует в мелкозернистом (в виде поликристаллов) состоянии; свойства таких С (металлов) практически изотропны (см. Изотропия). Получение С (металлов) в виде монокристаллов представляло чисто научный интерес. Лишь со 2-й половины 20 в. появилась необходимость в промышленном производстве С (металлов) в виде монокристаллов, т. к. в ряде областей новой техники могут быть использованы только монокристаллы (см. Полупроводниковые материалы).

Современные успехи науки о С (металлов) в значительной мере связаны с совершенствованием классических и разработкой новых физических методов исследования твердого тела (см. Рентгеновский структурный анализ, Электронная микроскопия, Нейтронография, Электронография и др. методы).Подробнее о методах получения С (металлов), их свойствах, значении и применении см. также статьи о различных С (металлов)

Лит.: Д. К. Чернов и наука о металлах, под ред. Н. Т. Гудцова, Л. — М., 1950; Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Смирягин А. П., Промышленные цветные металлы и сплавы, 2 изд., М., 1956; Курнаков Н. С (металлов), Избр. труды, т. 1—2, М., 1960—61; Колачев Б. А., Ливанов В. И., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов, М., 1972; Бокштейн С (металлов) З., Строение и свойства: металлических сплавов, М., 1971; Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; Штейнберг С (металлов) С (металлов), Металловедение, М., 1961; Хансен М., Андерко К., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., 2 изд., т. 1—2, М., 1962; Диаграммы состояния металлических систем, в. 1—17, под ред. Н. В. Агеева, М., 1959—73; Савицкий Е. М., Бурханов Г. С (металлов), Металловедение тугоплавких металлов и сплавов, М., 1967; Эллиот Р. П., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., т. 1—2, М., 1970; Шанк Ф. А., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., М., 1973; Физическое металловедение, под ред. Р. Кана, пер. с англ., т. 1—3, М., 1967—68; Горелик С (металлов) С (металлов), Дашевский М. Я., Материаловедение полупроводников и металловедение, М., 1973; Новиков И. И., Теория термической обработки металлов, М., 1974.

С (металлов) А. Погодин, Г. В. Инденбаум.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.