Сплавы их свойства. Основные виды и особенности металлов и сплавов, применяемых в строительстве. Структура металлов и сплавов, их основные свойства. Металлокерамика состав металла в стоматологии
Металлические сплавы. Металлические сплавы - это вещества, обладающие металлическими свойствами и состоящие из двух или более элементов, из которых хотя бы один является металлом. Их получают охлаждением расплавленных смесей, совместным осаждением из газовой фазы, электроосаждением из растворов и расплавов, диффузионным насыщением. Свойства сплавов значительно отличаются от свойств металлов. Например, прочность на разрыв сплава меди и цинка (латуни) в три раза выше, чем у меди и в шесть раз по сравнению с цинком. Железо хорошо растворимо, а его сплав с хромом и никелем (нержавеюща сталь) - устойчив в разбавленной серной кислоте. Различают однофазные сплавы (твердые растворы), механические смеси и химические соединения (интерметаллиды).
Твердые растворы - это фазы переменного состава, в которых различные атомы образуют общую кристаллическую решетку. Практически все металлы образуют твердые растворы с другими металлами и неметаллами. Однако, в большинстве случаев растворимость других элементов в металлах невелика, а иногда и пренебрежимо мала. Имеется несколько систем с полной взаимной растворимостью (непрерывные твердые растворы). Примерами таких твердых раство ров служат сплавы серебро - золото, никель - кобальт, медь - никель, молибден - вольфрам. На рис. 6.5 была приведена диаграмма плавкости твердого раствора медь - никель.
Атомы растворяющихся элементов занимают либо узлы кристаллической решетки (растворы замещения), либо места между узлами (растворы внедрения). Растворы замещения образуют компоненты с близкими электронными структурами и размерами атомов. При растворении неметаллов в металлах обычно возникают растворы внедрения. Для твердых растворов характерно постепенное изменение свойств с изменением их состава. Прочность и твердость твердых растворов обычно выше, а электрическая проводимость и теплопроводность ниже, чем у каждого из компонентов в отдельности.
Многие металлы, взаимно растворимые в расплавленном состоянии, при охлаждении образуют смесь кристаллов с различной кристаллической решеткой. Температура плавления такой смеси ниже температуры плавления отдельных компонентов. Состав, имеющий минимальную температуру плавления, называется эвтектикой. Эвтектический сплав состоит из очень мелких кристаллов индивидуальных компонентов. Эвтектическую смесь обычно образуют металлы, близкие по природе, но существенно отличающиеся по типу кристаллической решетки, например, свинец с оловом, с сурьмой, кадмий с висмутом, олово с цинком. На рис. 11.7 приведены диаграммы плавкости сплавов кадмия с висмутом и олова со свинцом. Эвтектические сплавы характеризуются малыми размерами и однородностью кристаллов и имеют высокие твердость и механическую прочность. Поэтому сплавы свинца с оловом и сурьмой применяются в качестве типографских шрифтов и решеток аккумуляторов. Вследствие легкоплавкости сплавы свинца с оловом также применяются для припоев и подшипников.
Для большинства эвтектических сплавов наблюдается ограничения растворимость компонентов. Например, растворимость олова в свинце и свинца в олове составляет соответственно атомных долей 9,5 и 2,5% (рис. 11.7,6).
При сильном взаимодействии между металлами образуются химические соединения, называемые интерметаллидами. Диаграмма плавкости таких систем имеет максимум (рис. 11.8). Химические соединения могут иметь постоянный (дальтониды, рис. 11.8, а) или переменный состав (бертоллиды; рис. 11.8, б). Наряду с интермеллидами в системе возникают эвтектики (Е1 и Е2, рис. 11.8). Кроме того, возможна взаимная растворимость компонентов (фазы aиbрис. 11.8). Возможны и более сложные диаграммы плавкости.
Химические соединения обычно возникают между металлами, отличающимися по электроотрицательности и химическим свойствам, например между магнием и медью (MgCu2), никелем (MgNi2), сурьмой (Mg3Sb2), между алюминием и никелем (NixAly), лантаном (LaAl4), кальцием и цинком (CaZn10), лантаном и никелем (LaNi5) и многими другими.
Обычно составы интерметаллидов не соответствуют формальным валентностям металлов. Кристаллические структуры интерметаллидов, как правило непохожи на структуры индивидуальных компонентов. Свойства химических соединений существенно отличаются от свойств исходных металлов. Они характеризуются меньшими значениями теплопроводности и электрической проводимости, чем образующие их компоненты. Некоторые интерметаллиды являются даже полупроводниками.
Интерметаллиды характеризуются хрупкостью, но становятся пластичными при температурах, близких к температурам плавления. Многие из них имеют высокую химическую стойкость.
Жак, металлические сплавы существуют в виде твердых растворов, механических смесей, интерметаллидов и их сочетаний.
Композиционные материалы. Керметы. Композиционные материалы (композиты) получают объемным сочетанием химически разнородных компонентов при сохранении границы раздела между ними. Свойства композитов существенно отличаются от свойств входящих в них компонентов.
Композиционные материалы состоят из основы (матрицы) и добавок (порошков, волокон, стружки и т.д.). В качестве основы применяют металлы, полимеры, керамику и другие материалы. Если основой служат металлы, то добавками являются металлические нитевидные кристаллы, неорганические волокна и порошки (оксиды алюминия, кварц, алюмосиликаты и др.). Композиты, матрицей которых служит керамика, а добавками - металлы, называются керамико-металлическими материалами или керметами. В качестве матрицы керметов обычно применяют оксиды алюминия, хрома, магния, циркония, карбиды вольфрама, кобальта, бориды циркония и хрома. Добавками могут служить металлы, сродство которых соответственно к кислороду, углероду, бору меньше, чем сродство к этим элементам металлов основы. Наиболее распространены сочетания оксидов алюминия с молибденом, вольфрамом, танталом, никелем, кобальтом, оксида хрома с вольфрамом, оксида магния с никелем, диоксида циркония с молибденом, карбидов титана и хрома с никелем и кобальтом.
Композиты получают различными методами: порошковой металлургии, пропитки расплавленным металлом, химического и электрохимического осаждения металлов на основу. Метод порошковой металлургии включает операции смешения компонентов, их формирования прессованием или прокаткой и спекания. В методе пропитки расплавленный металл заполняет поры в керамической матрице или в сетке из другого металла.
Композиты характеризуются высокой прочностью, твердостью, износостойкостью. Например, предел прочности на растяжение композита, состоящего из железного порошка и нитевидных кристаллов оксида алюминия в три раза выше, чем у неармированного железа. В пять раз возрастает усталостная прочность меди при ее армировании волокнами вольфрама. Композиты широко используются в качестве конструкционных материалов, материалов износостойких контактов, подшипников, штампов и инструментов. Многие из них обладают жаростойкостью, поэтому служат огнеупорами, материалами чехлов термопар, испарителей металлов, тепловыделяющих элементов, аварийных стержней в атомной энергетике и др.
Сплавы металлов – это химические сочетания металлов в различных вариациях. Получить из металлов, существующих на Земле, можно десятки тысяч различных сплавов. Впрочем, лишь часть из них действительно применяется человеком для своих нужд. Сплавы металлов обладают основными свойствами металлов, имеют даже характерный металлический блеск, который в науке зовется отражательной способностью.
Сплавы получаются как из черных металлов (железо), так и из цветных (никель, вольфрам, алюминий, медь и так далее). Потому и разделяют их в науке и металлургии на сплавы черных металлов (примером может служить чугун как сплав железа) и сплавы цветных металлов (примером может служить бронза). Сплав всегда – однородная масса.
В промышленности человек чаще всего применяет как раз не металлы в чистом их виде, а сплавы металлов. Причина тут состоит в том, что свойства сплавов для промышленности часто лучше, чем у простого металла.
Способы изготовление сплавов в промышленности – это литье и порошкование (спекание).
Сплавы часто прочнее, долговечнее, тверже, пластичней термоустойчивей, и в целом полезней в своих свойствах, чем обычные металлы. К примеру, железо ржавеет от воды, а сплав железа – нержавеющая сталь – не ржавеет никак. У такого сплава как нихром (в котором сочетаются хром, никель и различные добавки) – отличная надежность, большая долговечность, высокая жаростойкость. Ни хром, ни никель в чистом виде такими свойствами не обладают. Металлурги, сочетая металлы при плавке с различными температурами, добиваются тех свойств, что нужны для промышленности.
Например, особых электропроводности, теплопроводности, высокой прочности на разрыв, свариваемости, жаропрочности, высокой стойкости против различных видов коррозий, например, также и хорошими литейными свойствами, что также важно в промышленности. Можно с помощью сплава добиться и особых магнитных свойств сочетания металла.
Металлы и их сплавы
Металлами являются вещества, характеризующиеся в обычных условиях высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, "металлическим" блеском, непрозрачностью и другими свойствами, обусловленными наличием в их кристаллической решетке большого количества не связанных с атомными ядрами подвижных электронов проводимости.
В технике металлы принято делить на черные (железо и сплавы на его основе) и цветные (все остальные).
Свойства металлов объясняются особенностями их строения:
Расположением и характером движения электронов в атомах;
Расположением атомов, ионов и молекул в пространстве;
Размерами, формой и характером кристаллических образований.
Особенности атомного строения определяют характер взаимодействия металлов, способность их давать различного рода соединения, в которые входят несколько металлов, металлы с неметаллами и т. д.
При разных температурах некоторые химические элементы имеют 2 и более устойчивых типа кристаллических решеток. Существование одного металла в различных кристаллических формах (модификациях) при разных температурах называется полиморфизмом, или аллотропией, а переход из одного строения в другое - полиморфным (аллотропическим) превращением. Аллотропические формы, получающиеся в результате полиморфного превращения, обычно обозначают начальными буквами греческого алфавита.
К таким полиморфным металлам относятся, например, кобальт (Со), олово (Sn), марганец (Мn), железо (Fe). В свою очередь изменение строения кристаллической решетки вызывает изменение свойств - механических, химических и магнитных свойств, электропроводности, теплопроводности, теплоемкости и др.
К металлам, которые имеют только один тип кристаллической решетки и называются изоморфными, относятся алюминий (Аl), медь (Сu), никель (Ni), хром (Сr), ванадий (W) и др. Наиболее полную информацию о строении и свойствах металлов получают при использовании комплекса методов исследований:
Структурных (основаны на непосредственном наблюдении строения металла или сплава: макроскопический анализ, микроскопический анализ и пр.);
Физических (основаны на измерении различных физических свойств: тепловых, магнитных и пр.).
Так, например, метод элементного микроанализа изменения поверхности стоматологических сплавов в условиях ротовой полости применяется многими исследователями [Гэни Г. с соавт., 1989].
Металлические сплавы - это макроскопически однородные системы, состоящие из двух или более металлов с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называются любые однородные системы, получаемые сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических веществ.
Структура и свойства чистых металлов существенно отличаются от структуры и свойств сплавов, состоящих из двух и более металлов. По количеству элементов (компонентов сплава) различают двух-, трех- или многокомпонентные сплавы.
Образование новых однородных веществ при взаимном проникновении атомов называют фазами сплава.
В расплавленном состоянии все компоненты обычно находятся в атомарном состоянии, образуя неограниченный жидкий однородный раствор, в любой точке которого химический состав статистически одинаков. При затвердевании расплава атомы компонентов укладываются в порядке кристаллической решетки, образуя твердое кристаллическое вещество - сплав.
Существуют три типа взаимоотношений компонентов сплава:
1) образование механической смеси, когда каждый элемент кристаллизуется самостоятельно, при этом свойства сплава будут усредненными свойствами элементов, которые его образуют;
2) образование твердого раствора, когда атомы компонентов образуют кристаллическую решетку одного из элементов, являющегося растворителем, при этом тип решетки основного металла сохраняется;
3) образование химических соединений, когда при кристаллизации разнородные атомы могут соединяться в определенной пропорции с образованием нового типа решетки, отличающейся от решеток металлов сплава. Образование химического соединения - сложный процесс, при котором создается новое вещество с новыми качествами, а решетка при этом имеет более сложное строение. Соединение теряет основное свойство металла - способность к пластической деформации, становится хрупким.
Соответственно этому, свойства сплавов будут зависеть от того, какие фазы в них образуются: твердые растворы, химические соединения или смеси чистых металлов. Если атомные объемы двух металлов и их температуры плавления резко отличаются, то в жидком состоянии такие элементы обладают, как правило, ограниченной растворимостью.
В то же время неограниченную растворимость, т.е. способность образовывать твердые растворы в любых пропорциях, имеют только металлы с кристаллической решеткой одного типа. Металлы, расположенные недалеко друг от друга в таблице Менделеева (Сu и Ni; Fe и Ni; Fe и Cr; Fe и Со; Со и Ni), или расположенные в одной группе (As и Sb; Аu и Ag; Аu и Сu; Big и Sb), имеют неограниченную растворимость.
Таким образом, взаимодействие элементов в сплавах и характер образующейся структуры определяются положением элементов в таблице Менделеева, типом кристаллической решетки, размерами атомов, то есть физической природой элементов.
Зависимость свойств от состава сплавов:
1) в сплавах, имеющих структуру механических смесей, свойства изменяются в основном прямолинейно. Некоторые свойства механических смесей, в первую очередь твердость и прочность, зависят от размеров частиц (то есть от степени дисперсности) - значительно повышаются при измельчении;
2) в сплавах - твердых растворах свойства изменяются по криволинейной зависимости;
3) при образовании химических соединений свойства изменяются скачкообразно.
Многие физические и механические свойства сплавов четко зависят от структуры, однако некоторые технологические свойства, такие, как литейные (т. е. способность обеспечить хорошее качество отливки) или свариваемость, зависят не столько от структуры, сколько от того, в каких температурных условиях проходило затвердевание сплавов.
Так, например, стоматологические сплавы золота, отлитые в форму и быстро охлажденные в воде, будут иметь вид твердого раствора, отличающегося характерной мягкостью, ковкостью и меньшей прочностью, чем сплавы с упорядоченным расположением атомов [Копейкин В. Н., 1995]. Однако если ту же отливку охлаждать медленно до комнатной температуры, то твердый раствор, превалирующий при температуре больше 424° С, полностью переходит в фазу AuCu путем перераспределения атомов в пространственной кристаллической решетке в более упорядоченную структуру. Это приводит к повышению прочности и твердости при потере ковкости сплава. Сплавы с высоким содержанием золота (выше 88%) не образуют упорядоченной фазы.
Поэтому о зависимости механических и физических свойств однофазных сплавов (а и р) говорят следующие положения, известные из курса металловедения:
Твердость, прочность и электросопротивление твердых растворов выше, чем у чистых металлов;
Электропроводность и температурный коэффициент электросопротивления у твердых растворов ниже, чем у чистых металлов;
Электрохимический потенциал при этом изменяется по плавной кривой.
Помимо свойств металлической матрицы, имеющей определенную кристаллическую решетку и тем самым определяющую основные параметры механических свойств, на последние могут оказывать влияние дополнительное легирование такими элементами, как молибден, вольфрам, ниобий, углерод, азот и др. Присутствие их в сплавах даже в небольших количествах значительно повышает прочность, износостойкость, жаропрочность и другие свойства, необходимые при эксплуатации конструкций.
Добавка небольших количеств (0,005%) иридия и рутения превращает грубую зернистую структуру сплавов золота в мелкозернистую, что дает возможность улучшить на 30% прочность на растяжение и предел прочности при удлинении, не влияя при этом на твердость и предел текучести. Особенно эффективно увеличивается прочность при легировании кобальто-хромовых сплавов 4-6% молибденом и дополнительно 1-2% ниобия в присутствии 0,3% углерода. В металлических сплавах образуются различные химические соединения как между двумя или несколькими металлами (их называют интерметаллидами), так и между металлом и неметаллом (карбиды, оксиды и т. д.).
Наличие неметаллических включений в структуре сплава ведет к образованию усталости, трещин, внутренних пор и полостей, коррозионному растрескиванию отливок, что приводит в конечном счете к разрушению. Неметаллические включения играют существенную роль в процессе вязкого и усталостного разрушения. Основу неметаллических включений в сплаве Виталлиум составляет марганец и кремний. В кобальтохромовом сплаве (КХС) содержатся включения нитридов титана и силикаты.
В связи с усталостью металла появляются микротрещины на границе неметаллических включений, зерен металла, которые в процессе циклического нагружения увеличивают свои размеры, образуя магистральную трещину, приводящую к разрушению металла.
Основной характеристикой, определяемой при испытании на усталость материала, является предел выносливости - наибольшее напряжение, которое может выдержать материал без разрушения при произвольно большом числе перемен (циклов) нагрузки. Максимальное напряжение, не вызывающее разрушения, соответствует пределу выносливости.
Кроме механических испытаний, металлические материалы подвергаются технологическим испытаниям (изгиб, перегиб и др.) с целью определения их пригодности к различным технологическим операциям в процессе использования.
Приложение к образцу нагрузки при механическом испытании приводит к деформации.
Физико-механические свойства металлов и сплавов металлов. Металлы имеют различные цветовые оттенки почти всего спектра, однако, как правило, для недрагоценных металлов это серый, голубоватый, синеватый различной степени выраженности и разных комбинаций. Для драгоценных металлов характерны желто-оранжевая гамма и белесовато-серебристый оттенок, эти вещества обладают достаточно высокой плотностью. Так, плотность золотосодержащих сплавов составляет 14-18 г/см 3 , плотность кобальтохромовых сплавов равна 8,4 г/см 3 , плотность никелехромовых сплавов - 8,2 г/см 3 . Как уже указывалось, они теплопроводны и электропроводны, а также расширяются и сжимаются соответственно при нагревании и охлаждении.
Температура плавления у металлов широко варьирует. В связи с этим выделяют легкоплавкие металлы с температурой плавления ниже, чем у чистого олова (232° С), а также тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем у железа (1535° С). Между этими полюсами расположены средние температуры плавления, свойственные большинству металлов и сплавов. Температура плавления и температура затвердевания чистых металлов всегда постоянны, и, пока не исчезнет одна фаза - расплавление твердой части при нагревании или затвердевание жидкой части при охлаждении,- температура остается неизменной.
Пластическая деформация приводит к изменению физических свойств металла, а именно:
Повышению электросопротивления;
Уменьшению плотности;
Изменению магнитных свойств.
Все внутренние изменения, которые происходят при пластической деформации, вызывают упрочнение металла. Прочностные характеристики (временное сопротивление, предел текучести, твердость) повышаются, а пластические - снижаются.
Нагартованные (имеющие наклеп) металлы более склонны к коррозионному разрушению при эксплуатации. Для полного снятия наклепа металлы подвергаются рекристаллизационному отжигу, то есть процессу возникновения и роста новых неде-формированных кристаллических зерен поликристалла за счет других зерен.
Рекристаллизацию применяют на практике для придания материалу наибольшей пластичности. Причем она протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах при более высоких температурах. Температура рекристаллизации имеет важное практическое значение. Чтобы восстановить структуру и свойства наклепанного (нагартованного) металла (например, при продолжении штамповки коронки под прессом после наколачивания гильзы на мелотовой модели), его надо нагреть выше температуры рекристаллизации.
Совокупность свойств, характеризующих сопротивление металла и сплава действию приложенных к нему внешних механических сил (нагрузок), принято называть механическими свойствами.
Силы могут быть приложены в виде нагрузки:
Статической (плавно возрастающей);
Динамической (возрастающей резко и с большой скоростью);
Повторно-переменной (многократно прикладываемой, изменяющейся по величине и направлению).
Соответственно этому механические испытания разделяют на:
Статические (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, твердость);
Динамические (ударный изгиб);
Усталостные (при повторно-переменном приложении нагрузки);
Высокотемпературные (например, на длительную прочность). Как правило, все испытания проводят в определенных условиях на образцах заданной формы и размера, т. е. по международным и по принятым в данной стране стандартам, что обеспечивает сопоставимость полученных результатов и правильную их интерпретацию.
При растяжении или сжатии образец обладает способностью сопротивляться упругим деформациям, что определяет жесткость материала - модуль упругости Е. Размерность модуля упругости Е в системе СИ - Паскаль (Па, Н/м 2) или Мега-паскаль (МПа, Н/мм 2). Предел упругости указывается следующим образом - d 0,05 .
Для металлов характерна высокая прочность. При этом одни из них могут быть пластичными или упругими (пружинящими), другие, наоборот, хрупкими. Предельная прочность золотых сплавов ниже прочности литых кобальтохромовых сплавов. Высокая прочность затрудняет отделку конструкции протеза, но противостоит повреждениям при его эксплуатации (в первую очередь истиранию).
Из всех механических испытаний твердость определяется чаще всего, так как метод прост в применении.
Основными методами определения твердости являются методы внедрения в поверхность испытываемого металла стандартных наконечников из твердых недеформирующихся материалов под действием статических нагрузок:
Метод Бринелля (вдавливание стального шарика определенного диаметра);
Метод Роквелла (вдавливание алмазного конуса или стального закаленного шарика диаметром 1,58 мм);
Метод Виккерса (вдавливание четырехгранной алмазной пирамиды с квадратным основанием).
Показателем твердости по Бринеллю является число твердости, обозначаемое НВ (Н - Hardness, англ.- твердость, В - инициал фамилии автора метода - Brinell). Методом Бринелля можно испытывать материалы с твердостью не более НВ 450. Твердость по Бринеллю выражается в кгс/мм 2 . Если нагрузка выражена в ньютонах (Н), то число твердости по Бринеллю выражается в МПа. При этом размерность записывается так: НВ 320 МПа.
Твердость по Роквеллу обозначают HRA, HRB, HRC, (в зависимости от применяемой шкалы А, В или С). Твердость по Виккерсу (HV) имеет такую же размерность, как числа твердости по Бринеллю, т. е. МПа или кгс/мм. Числа твердости по Виккерсу и Бринеллю для материалов с твердостью до HV 400-450 фактически совпадают.
Твердость как характеристика сплава тесно связана с другими его параметрами. Так, например, по мере повышения твердости сплавов золота предел текучести и прочность на растяжение также увеличиваются, а при повышении твердости и прочности удлинение снижается.
Микротвердость сплава металлов можно изменять в процессе литья воздействием на него электромагнитного поля различной частоты, что позволяет получить сплав с заданными свойствами [Бобров А. П., 2001].
В результате циклических напряжений металл "устает", прочность его снижается, и наступает разрушение образца (протеза). Такое явление называют усталостью, а сопротивление усталости - выносливостью. Разрушение от усталости происходит всегда внезапно вследствие накопления металлом необратимых изменений, которые приводят к возникновению микроскопических трещин - трещин усталости, возникающих в поверхностных зонах образца. При этом чем больше на поверхности царапин, выбоин и других дефектов, вызывающих концентрацию напряжения, тем быстрее образуются трещины усталости.
Химические свойства металлов и сплавов металлов. К ним относятся растворимость, окисляемость, коррозионная стойкость.
Способность металлов растворять различные элементы позволяет при повышенных температурах атомам вещества, окружающего поверхность металла, диффундировать внутрь него, создавая поверхностный слой измененного состава.
При этой обработке изменяется не только состав, но и структура поверхностных слоев, а также часто и сердцевина. Такая обработка называется химико-термической.
Коррозия (от лат. corrosio - разъедание) - разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой.
Коррозионная стойкость - способность материалов сопротивляться коррозии. У металлов и сплавов коррозионная стойкость определяется скоростью коррозии, то есть массой материала, превращенной в продукты коррозии, с единицы поверхности в единицу времени, либо толщиной разрушенного слоя в миллиметрах в год.
Коррозионная усталость - понижение предела выносливости металла или сплава при одновременном воздействии циклических напряжений и коррозионной среды. Различают, по крайней мере, 3 формы коррозионного разрушения: равномерную, местную, межкристаллическую коррозию.
Равномерная коррозия разрушает металл, мало влияя на его механическую прочность. Она встречается у серебряного припоя.
Местная коррозия приводит к разрушению только отдельных участков металла и проявляется в виде пятен и точечных поражений различной глубины. Она возникает в случае неоднородной поверхности, при наличии включений или внутренних напряжений при грубой структуре металла. Этот вид коррозии снижает механические свойства деталей.
Межкристаллическая коррозия характеризуется разрушением металла по границе зерен (кристаллов). При этом нарушается связь между кристаллами, и агрессивная среда, проникая вглубь, разрушает металл. Ей особенно подвержены нержавеющие стали.
Кристаллы обладают симметрией атомной структуры, соответствующей ей симметрией внешней формы, а также анизотропией физических свойств (т.е. зависимостью свойств от формы и вида кристалла). Кристаллы - равновесное состояние твердых тел: каждому веществу, находящемуся при данных температуре и давлении, в кристаллическом состоянии соответствует определенная атомная структура. При изменении внешних условий структура кристаллов может измениться.
Химическая коррозия - взаимодействие металла с агрессивными средами, не проводящими электрического тока. Так, сильное нагревание железа в присутствии кислорода воздуха сопровождается образованием оксидов (окалины). Образующаяся окисная пленка может защищать металл от диффузии в него агрессивного агента.
В условиях полости рта металлы находятся во влажной среде ротовой жидкости. Последняя, являясь электролитом, создает условия для электрохимической коррозии металлических пломб, вкладок и других металлических протезов.
Характеристика сплавов, применяемых в ортопедической стоматологии. В настоящее время в стоматологии используется свыше 500 сплавов. Международными стандартами (ISO, 1989) все сплавы металлов разделены на следующие группы:
1. Сплавы благородных металлов на основе золота.
2. Сплавы благородных металлов, содержащих 25-50% золота или платины, или других драгоценных металлов В специальной литературе до последнего времени встречается лексическая подмена двух терминов - благородный металл и драгоценный металл, которые не являются синонимами: драгоценный указывает на стоимость металла, а благородный - относится к его химическим свойствам. Поэтому элементы золото и платина являются как благородными, так в драгоценными, палладий - благородный, но намного дешевле. Серебро завоевало место в классификации драгоценных металлов, но не является благородным металлом. Прим. редакторов ).
3. Сплавы неблагородных металлов.
4. Сплавы для металлокерамических конструкций:
а) с высоким содержанием золота (>75%);
б) с высоким содержанием благородных металлов (золота и платины или золота и палладия - > 75%);
в) на основе палладия (более 50%);
г) на основе неблагородных металлов:
Кобальта (+ хром > 25%, молибден > 2%);
Никеля (+ хром > 11%, молибден > 2%).
Более упрощенно выглядит классическое подразделение на благородные и неблагородные сплавы.
Кроме того, применяемые в ортопедической стоматологии сплавы можно классифицировать по другим признакам:
По назначению (для съемных, металлокерамических, металлополимерных протезов);
По количеству компонентов сплава;
По физической природе компонентов сплава;
По температуре плавления;
По технологии переработки и т. д.
Обобщая изложенное выше о металлах и сплавах металлов, нужно еще раз подчеркнуть основные общие требования, предъявляемые к сплавам металлов, применяемым в клинике ортопедической стоматологии:
1) биологическая индифферентность и антикоррозионная стойкость к воздействию кислот и щелочей в небольших концентрациях;
2) высокие механические свойства (пластичность, упругость, твердость, высокое сопротивление износу и др.);
3) наличие набора определенных физических (невысокой температуры плавления, минимальной усадки, небольшой плотности и т. д.) и технологических свойств (ковкости, текучести при литье и др.), обусловленных конкретным назначением.
Если сплав металлов предназначен для облицовывания керамикой, ему необходимо отвечать следующим специфическим требованиям:
1) быть способным к сцеплению с фарфором;
2) температура плавления сплава должна быть выше температуры обжига фарфора;
3) коэффициенты термического расширения (КТР) сплава и фарфора должны быть сходными.
Особенно важно соответствие коэффициентов термического расширения двух материалов, что предупреждает возникновение силовых напряжений в фарфоре, которые могут привести к отколу или трещине покрытия. В среднем коэффициент термического расширения у всех типов сплавов, которые используются для облицовывания керамикой, колеблется от 13,8 × 10 -6 °С -1 до 14,8 × 10 -6 °С -1 .
Коэффициент термического расширения керамической массы можно менять, вводя определенные добавки. Так, введение лейцита в керамическую массу позволяет изменять коэффициент термического расширения от 12,5 × 10 -6 °С -1 до 16 ×10 -6 °С -1 .
Сочетание высоких прочностных свойств литого металлического каркаса зубного протеза и внешнего вида облицовки, достаточно точно имитирующей внешний вид натуральных зубов, позволяют создать эффективные и эстетичные зубные протезы.
Как указывалось выше, применяющиеся в ортопедической стоматологии сплавы делятся на 2 основные группы - благородные и неблагородные.
Сплавы на основе благородных металлов подразделяются на:
Золотые;
Золото-палладиевые;
Серебряно-палладиевые.
Сплавы металлов благородных групп имеют лучшие литейные свойства и коррозионную стойкость, однако по прочности уступают сплавам неблагородных металлов.
Сплавы на основе неблагородных металлов включают:
Хромоникелевую (нержавеющую) сталь;
Кобальтохромовый сплав;
Никелехромовый сплав;
Кобальтохромомолибденовый сплав;
Сплавы титана;
Вспомогательные сплавы алюминия и бронзы для временного пользования. Кроме того, применяется сплав на основе свинца и олова, отличающийся легкоплавкостью.
Сплавы золота, платины и палладия. Указанные сплавы обладают хорошими технологическими свойствами, устойчивы к коррозии, прочны, токсикологически инертны. К ним реже, чем к другим металлам, проявляется идиосинкразия.
Чистое золото - мягкий металл. Для повышения упругости и твердости в его состав добавляются так называемые лигатурные металлы - медь, серебро, платина.
Сплавы золота различаются по проценту его содержания. Чистое золото в метрической пробирной системе обозначается 1000-й пробой. В России до 1927 г. существовала золотниковая пробирная система. Высшая проба в ней соответствовала 96 золотникам. Известна также английская каратная система, в которой высшей пробой являются 24 карата.
Сплав золота 900-й пробы используется при протезировании коронками и мостовидными протезами. Содержит 90% золота, 6% меди и 4% серебра. Температура плавления равна 1063°С. Обладает пластичностью и вязкостью, легко поддается штамповке, вальцеванию, ковке, а также литью.
Сплав золота 750-й пробы применяется для каркасов дуговых (бюгельных) протезов, кламмеров, вкладок. Содержит 75% золота, по 8% меди и серебра, 9% платины. Обладает высокой упругостью и малой усадкой при литье. Эти качества приобретаются за счет добавления платины и увеличения количества меди. Сплав золота 750-й пробы служит припоем когда в него добавляется 5-12 % кадмия. Последний снижает температуру плавления припоя до 800°С. Это дает возможность расплавлять его, не оплавляя основные детали протеза. Отбелом для золота служит соляная кислота (10-15%).
Супер-ТЗ - это "твердое золото", термически упрочняемый износостойкий сплав, который содержит 75% золота и имеет желтый цвет. Он универсален и технологичен - может использоваться для штампованных и литых стоматологических конструкций: коронок и мостовидных протезов.
Впервые в России начат выпуск золото-палладиевого сплава для металлокерамических зубных протезов Суперпал (И.Ю. ебеденко с соавт.), в состав которого входит 60% палладия и 10% золота.
За рубежом для нужд ортопедической стоматологии производятся сплавы драгоценных металлов с различным содержанием золота и драгоценных металлов, которые в связи с этим имеют разные механические свойства - М-Паладор, V -Классик, Стабилор- G , Стабилор- GL и др.
Сплавы металлов представляют собой жидкие и твердые системы. Образованы они при сплавлении двух элементов или более. Соединяются также разные металлы. Первоначально указанное понятие относилось только к материалам, обладающим Однако в связи с интенсивным развитием техники и физики определение значительно расширилось и распространилось.
Металлы и сплавы металлов применяются повсеместно в производстве конструкций оборудования, машин, инструментов и прочего. Несмотря на достаточно большую распространенность созданной искусственно продукции, изделия из вышеуказанных материалов часто составляют основу конструкции и, по прогнозам специалистов, в обозримом будущем сохранят свои позиции.
Щелочноземельные и щелочные металлы (К, Na, Ca, Li) в свободном состоянии используются в в виде жидкометаллических теплоносителей. Натрий применяется в качестве катализатора при изготовлении каучука, литий - в легировании прочных и легких алюминиевых соединений. Их используют в самолетостроении.
Металлы (основные компоненты сплавов) в природе встречаются в солях, оксидах и рудах. Как правило, в чистом виде в природе находятся элементы, химически устойчивые (Au, Pt, Cu, Ag). Среди открытых элементов в периодической системе Менделеева семьдесят шесть относятся к металлам, Si, Se, Ge, Te, As - к промежуточным элементам между неметаллами и металлами, их иногда называют и полуметаллами.
Металлические материалы классифицируются на две большие группы. К первой относят железо и его сплавы (чугун, сталь), ко второй - цветные металлы и сплавы Последние, в свою очередь, подразделяются на:
Легкие (плотностью до 5 грамм/см3);
Тяжелые (плотность более 10 грамм/см3);
Легкоплавкие (с от 232 до 410 градусов);
Тугоплавкие (с температурой плавления большей, чем у железа);
Благородные (обладающие высокой антикоррозийной стойкостью).
Металлы обладают разнообразными свойствами. Так, например, ртуть замерзает под воздействием температуры минус 38,8 градусов, вольфрам способен выдержать рабочую температуру до 2000 градусов, натрий, литий, калий легче, чем вода, а осмий и иридий тяжелее лития в сорок два раза. Практически все сплавы металлов обладают характеристиками, которые определяются как структурой, так и составом соединения в зависимости от условий охлаждения и кристаллизации, механической и термической обработки. Охлаждение или нагрев способствуют изменению структуры металлических соединений. Это, в свою очередь, оказывает влияние на физические, механические и химические свойства, поведение материала в процессе обработки и эксплуатации.
Специалисты выделяют следующие и сплавов:
- Высокую теплопроводность.
- Повышенную пластичность.
- Высокую электропроводность.
- Положительный температурный показатель Этот коэффициент обозначает рост сопротивления при повышении температуры, а при температурах, приближенных к абсолютному нулю - сверхпроводимость многих металлических материалов.
- Высокую отражательную способность. Металлические материалы не прозрачны и обладают характерным металлическим блеском.
- Термоэлектронную эмиссию - способность при нагреве испускать электроны.
- В твердом состоянии кристаллическое строение.
Чтобы определить и проверить свойства, которыми обладают сплавы металлов, специалисты используют различные контрольные методы, в том числе, разрушающие. Таким образом, металлические материалы проходят проверку на пластичность, прочность, жаропрочность, а также стойкость по отношению к коррозии. Вместе с этим применяются и неразрушающие контрольные методы. К ним относят измерения магнитных, оптических, электрических свойств, определение показателя твердости.
Содержание статьи
СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.
Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов (см . табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава – распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в кристаллах.
Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечисляются наиболее важные сплавы промышленного значения и указываются основные области их применения.
Сталь.
Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов.
Чугун.
Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала.
Сплавы на основе меди.
В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.
Свинцовые сплавы.
Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~ 70° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.
Легкие сплавы.
Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.
Алюминиевые сплавы.
К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.
Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.
Магниевые сплавы.
Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.
Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов.
Титановые сплавы.
Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.
Титановые сплавы ковки до температур около 1150° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.
В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4 представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с указанием получаемых при этом свойств.
Бериллиевые сплавы.
Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит. См. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ и статьи по отдельным металлам.
| Таблица 1. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЫЕ СПЛАВЫ (состав и механические свойства) | |||||
| Типичные механические свойства | |||||
| Сплавы | Состав (основные элементы, %) | Состояние | Предел текучести (деформация 0,2%), МПа | Предел прочности на растяжение, МПа | Удлинение (на длине 5 см), % |
| Алюминиевые | |||||
| 3003 | 1,2 Mn, 98,8 Al | Отожженный | 40 | 110 | 30 |
| Холоднокатаный 1 | 186 | 200 | 4 | ||
| 2017 | 4,0 Cu, 0,5 Mn, 0,5 Mg, 95 Al | Отожженный | 69 | 179 | 22 |
| Термообработанный 2 | 275 | 427 | 22 | ||
| 5052 | 2,5 Mg, 0,25 Cr, 97,25 Al | Отожженный | 90 | 193 | 25 |
| Холоднокатаный 1 | 255 | 290 | 7 | ||
| 6053 | 1,3 Mg, 0,7 Si, 0,25 Cr, 97,75 Al | Отожженный | 55 | 110 | 35 |
| Термообработанный 3 | 220 | 255 | 15 | ||
| Альклед 2024 | Сердцевина: 2024 (4,5 Cu, 0,60 Mn, 1,5 Mg, 94,4 Al). Покрытие: 99,75 Al | Отожженный | 76 | 179 | 20 |
| Термообработанный 3 | 310 | 448 | 18 | ||
| Термообработанный 4 | 365 | 462 | 11 | ||
| 7075 | 5,6 Zn, 2,1 Cu, 3,0 Mg, 0,3 Cr, 89,0 Al | Отожженный | 100 | 228 | 17 |
| Термообработанный 3 | 517 | 572 | 11 | ||
| 13 | 12–13 Si, 87–88 Al | Литой под давлением | 145 | 296 | 2,5 |
| 43 | 5,3 Si, 94,7 Al | Литой в песч. форму | 55 | 130 | 8 |
| Литой под давлением | 110 | 228 | 9 | ||
| 214 | 4 Mg, 96 Al | Литой в песч. форму | 82 | 170 | 9 |
| Медные | |||||
| Красная латунь | 85 Cu, 15 Zn | Отожженный | 100 | 310 | 43 |
| Холоднокатаный 1 | 450 | 550 | 4 | ||
| Патронная латунь | 69 Cu, 31 Zn | Отожженный | 100 | 317 | 58 |
| Холоднокатаный 1 | 450 | 586 | 10 | ||
| Желтая латунь (выс.) | 65 Cu, 35 Zn | Отожженный | 100 | 310 | 60 |
| Холоднокатаный 1 | 480 | 620 | 5 | ||
| Адмиралтейская латунь | 70 Cu, 29 Zn, 1 Sn | Отожженный | 124 | 365 | 60 |
| Холоднокатаный 1 | 676 | 689 | 3 | ||
| Судостроительная латунь | 60 Cu, 39 Zn, 0,75 Sn, 0,25 Pb | Отожженный | 100 | 372 | 40 |
| Холоднокатаный 1 | 270 | 427 | 30 | ||
| Мунца металл | 60 Cu, 40 Zn | Отожженный | 100 | 393 | 48 |
| Холоднокатаный 1 | 410 | 552 | 9 | ||
| Алюминиевая бронза | 92 Cu, 8 Al | Отожженный | 206 | 524 | 55 |
| Холоднокатаный 1 | 689 | 924 | 13 | ||
| Марганцовистая бронза | 68 Cu, 29 Zn, 1 Fe, 1 Mn, 1 Al | Отожженный | 172 | 414 | 45 |
| Холоднокатаный 1 | 344 | 586 | 20 | ||
| Фосфористая бронза | 95 Cu, 5 Sn, следы P | Отожженный | 124 | 310 | 50 |
| Холоднокатаный 1 | 517 | 620 | 4 | ||
| Кремнистая бронза | 96 Cu, 3 Si, остальное Mn, Sn, Ni или Zn | Отожженный | 150 | 379 | 35 |
| Холоднокатаный 1 | 620 | 758 | 5 | ||
| Бериллиевая бронза | 97,6 Cu, 2,05 Be, 0,35 Ni или 0,25 Co | Отожженный | 210 | 483 | 42 |
| Холоднокатаный 5 | 1100 | 1310 | 2 | ||
| Нейзильбер | 60 Cu, 20 Zn, 20 Ni | Отожженный | 138 | 310 | 35 |
| Холоднокатаный 1 | 517 | 620 | 3 | ||
| Купроникель | 70 Cu, 30 Ni | Отожженный | 228 | 440 | 35 |
| Холоднокатаный | 503 | 552 | 5 | ||
| Магниевые | |||||
| AZ 92 (дауметалл C) |
9 Al, 2 Zn, 0,1 Mn, 88,9 Mg | Литой в песч. форму 3 | 150 | 275 | 3 |
| AZ 90 (дауметалл R) |
9 Al, 0,6 Zn, 0,2 Mn, 90,2 Mg | Литой под давлением | 150 | 228 | 3 |
| AZ 80X (дауметалл 01) | 8,5 Al, 0,5 Zn, 0,2 Mn, 90,8 Mg | Экструдированный | 228 | 338 | 11 |
| Никелевые | |||||
| Монель-металл | 67 Ni, 30 Cu, 1,4 Fe, 1 Mn | Отожженный | 240 | 517 | 40 |
| Холоднокатаный 1 | 689 | 758 | 5 | ||
| Инконель | 77,1 Ni, 15 Cr, 7 Fe | Отожженный | 241 | 586 | 45 |
| Холоднокатаный 1 | 758 | 930 | 5 | ||
| Железные | |||||
| Кованое железо | 2,5 шлак, остальное в осн. Fe | Горячекатаный | 206 | 330 | 30 |
| Технически чистое железо | 99,9 Fe | Отожженный | 130 | 260 | 45 |
| Углеродистая сталь SAE 1020 | 0,2 C, 0,25 Si, 0,45 Mn, 99,1 Fe | Отожженный | 276 | 414 | 35 |
| Литая углеродистая сталь | 0,3 C, 0,4 Si, 0,7 Mn, 98,6 Fe | Литой 6 | 276 | 496 | 26 |
| Литой 7 | 414 | 620 | 25 | ||
| Нержавеющая сталь типа 302 | 18 Cr, 8 Ni, 0,1 C, 73,9 Fe | Отожженный | 207 | 620 | 55 |
| Нержавеющая сталь типа 420 | 13 Cr, 0,35 C, 86,65 Fe | Отожженный | 414 | 676 | 28 |
| Термообработанный | 1380 | 1724 | 8 | ||
| Чугун | 3,4 C, 1,8 Si, 0,5 Mn, 94,3 Fe | Литой | - | 174 | 0,5 |
| Нитенсил | 2,7 C, 1,8 Si, 0,8 Mn, 2,3 Ni, 0,3 Cr, 92,1 Fe | Литой 8 | 278 | 552 | - |
| Нирезист типа 2 | 2,8 C, 1,8 Si, 1,3 Mn, 20 Ni, 2,5 Cr, 71,6 Fe | Литой | - | 207 | 2 |
| Нихард | 2,7 C, 0,6 Si, 0,5 Mn,4,5 Ni, 1,5 Cr, 90,2 Fe | Литой в песч. форму | - | 379 | - |
| Литой в кокиль | - | 517 | - | ||
| 1 Отпуск на макс. твердость. 2 Термообработка на твердый раствор. 3 Термообработка на твердый раствор и старение. 4 Термообработка на твердый раствор, старение и наклеп. 5 Отпуск на макс. твердость и старение. 6 Литье и отжиг. 7 Литье, закалка в воду, отпуск с 677° С. 8 Литье и термообработка. | |||||
| Таблица 2. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЫЕ СПЛАВЫ (физические свойства, характеристика и применение) | |||||||||||
| Физические свойства | |||||||||||
| Сплавы | Плотность | Точка (диапазон) плавления, °С | Коэфф. теплового расширения (0–100° С), 10 –6 /К |
Теплопро-водность (0–100° С), 10 6 Вт/(мЧК) | Удельное электро- сопротивление (0° С), 10 –9 ОмЧм |
Модуль упругости при растяжении, 10 3 МПа | Характеристика и применение | ||||
| Алюминиевые | |||||||||||
| 3003 | 2,73 | 645–655 | 22,9 | 8,32 6,70 |
98,9 125 |
68,9 | Пластичный и легкий материал. Баки, трубы, заклепки и т.п. | ||||
| 2017 | 2,79 | 535–640 | 23,2 | 7,41 5,23 |
111 169 |
71,7 | Самолетостроение и др. отрасли техники, где требуется высокая удельная прочность | ||||
| 5052 | 2,67 | 590–650 | 23,6 | 6,00 | 144 | 70,3 | Хорошая прочность, легкий, коррозионностойкий материал | ||||
| 6053 | 2,69 | 580–650 | 23,2 | 7,41 6,70 |
111 125 |
69,0 | То же | ||||
| 2024 | - | 500–640 | 23,0 | - | - | - | По прочности превосходит 2017 | ||||
| 7075 | 2,80 | 480–640 | 23,2 | 5,23 | 169 | 71,7 | По прочности превосходит 2024. Самолетостроение | ||||
| 13 | 2,66 | 576–620 | 19,8 | 6,14 | 140 | 71,0 | Хорошие литейные свойства. Превосходный материал для сложных отливок | ||||
| 43 | 2,66 | 576–630 | 22,0 | 6,32 6,32 |
136 122 |
71,0 71,0 |
Хорошие литейные свойства, газоплотный материал.Литейный сплав общего назначения | ||||
| 214 | 2,63 | 580–640 | 23,8 | 5,98 | 144 | 71,0 | Хорошие механические свойства. Превосходная коррозионная стойкость. Кухонная и молочная посуда | ||||
| Медные | |||||||||||
| Красная латунь | 8,75 | 1023 | 17,6 | 6,85 | 143 | 103 | Коррозионностойкий. Водопроводные трубы, арматура | ||||
| Патронная латунь | 8,50 | 938 | 20,0 | 5,17 | 204 | 97 | Патронные гильзы и др. изделия глубокой вытяжки | ||||
| Желтая латунь (выс.) | 8,47 | 932 | 18,9 | 5,17 | 204 | 97 | Латунь широкого назначения. Хорошие механические характеристики. | ||||
| Адмиралтейская латунь | 8,54 | 934 | 18,4 | 4,73 | 214 | 103 | Коррозионностойкий. Конденсаторные трубы | ||||
| Судостроительная латунь | 8,42 | 885 | 20,1 | 5,00 | 214 | 103 | Стойкий к соленой воде. Судостроение | ||||
| Мунца металл | 8,40 | 904 | 19,4 | 5,42 | 184 | 90 | Хорошие высокотемпературные свойства и коррозионная стойкость | ||||
| Алюминиевая бронза | 7,78 | 1040 | 16,6 | 3,00 | 357 | 103 | Сплав повышенной прочности, коррозионностойкий. Гребные винты, зубчатые колеса | ||||
| Марганцовистая бронза | 8,36 | 896 | 20,1 | 4,36 | 214 | 103 | Повышенная прочность. Арматура трубопроводов | ||||
| Фосфористая бронза | 8,86 | 1050 | 16,9 | 3,52 | 290 | 103 | Высокая усталостная прочность. Пружины, мембраны | ||||
| Кремнистая бронза | 8,54 | 1018 | 17,1 | 1,40 | 816 | 103 | Высокие прочность и сопротивление усталости, коррозионная стойкость | ||||
| Бериллиевая бронза | 8,23 | 954 | 16,6 | 4,00 | - | - | Исключительно высокая усталостная прочность. Пружины, мембраны | ||||
| Нейзильбер | 8,75 | 1110 | 16,2 | 1,45 | 893 | 128 | Коррозионностойкий белый металл. Основной материал для посеребренной посуды | ||||
| Купроникель | 8,94 | 1227 | 15,3 | 1,25 | 1122 | 139 | Коррозионная стойкость. Конденсаторные трубы, трубопроводы для соленой воды | ||||
| Магниевые | |||||||||||
| AZ 92 (дауметалл C) | 1,82 | 599 | 25,2 | 2,89 | 490 | 44,8 | Легкий сплав для литья в песчаные и многократные формы | ||||
| AZ 90 (дауметалл R) | 1,81 | 604 | 25,2 | 2,98 | 520 | 44,8 | Легкий сплав для литья под давлением | ||||
| AZ 80X (дауметалл 01) | 1,80 | 610 | 25,2 | 3,30 | 444 | 44,8 | Легкий сплав для экструдирования | ||||
| Никелевые | |||||||||||
| Монель-металл | 8,84 | 1299–1349 | 14,0 | 1,12 | 1480 | 179 | Коррозионностойкий. Кухонное и больничное оборудование | ||||
| Инконель | 8,51 | 1393–1427 | 11,5 | 0,64 | 3000 | 214 | Термо- и коррозионностойкий сплав | ||||
| Железные | |||||||||||
