post

Сплави – Легиране – Прахова металургия

Легиране

За съвременното машиностроене е необходимо стомана с различни свойства. В един случай тя трябва да издържа на високи налягания, в други – да не реагира с киселини и основи, в трети да е устойчива на различни температури и т.н. Затова стоманата се легира, като при топенето и се вкарват легиращи добавки или легиращи елементи: волфрам, ванадий, хром, манган, никел, титан, силиций и др.

Ванадият например прави стоманата по издръжлива на износване и повишава нейната якост. Това се дължи на факта, че кислородът и азотът се разтварят в разтопения метал по време на обработването му в мартенова пещ, конвертора или електрическата пещ. Със застиването на метала в кокилите от него започват да се отделят газовете, но не всички. Част от тях засядат в метала и остават там във вид на мехурчета. Те намаляват якоста на стоманата. Ванадият влиза в химична реакция с газовете, образува ванадиеви съединения, които изплават на повърхността на течния метал и се отделят заедно с шлаката. Освен това ванадият удребнява кристалите на стоманата, което повишава якостта и.

легиране

различните добавки в стоманата и качествата, които тя придобива благодарение на тях

Волфрамът намалява по същия начин кристалите на стоманата, но освен че повишава якостта и той я прави и огнеупорна. Хромът в съчетание с никел превръща стоманата в неръждаема, силицият и придава жилавост, а манганът я прави устойчива на износване.

Често в стоманата се вкарват няколко добавки наведнъж. Това и придава особено ценни и разнообразни свойства. Сегашните огнеупорни стомани по някога  съдържат повече от 10 легиращи добавки. Обикновенно тези добавки се вкарват в метала не в чист вид, а като сплави на желязото. Стоманата в която се вкарват добавки, за да и се придадат особени свойства се нарича легирана стомана.

Сплави

Сплави са съединения на две или повече вещества, образувани в резултат на кристализирането на стопилки. В състава им влизат както метали, така и неметали: арсен, въглерод, силиций и др. Качествата на една сплав, коренно се различават от тези на съставящите я вещества. Тя може да има в пъти по-голяма якост от всеки отделен неин метал, а също и може да има различна температура на топене. Повечето метални изделия са изработени от сплави.

Всеки, който е виждал чисто желязо, мед иили калай знае, че това са относително меки метали. Още в древни времена хората забелязали, че при смесването на разтопени мед и калай се образувала нова субстанция наречена бронз. Бронзовите мечове били по-твърди от медните и железните, а също  по-надеждни от кремъчните остриета. Процесът на смесване два метала получил названието сплавяне, а новополучените метални смеси съответно били наречени сплави. Легирането и сплавянето са близки по своята същност процеси, а понякога може да се говори за идентично припокриване между двете понятия.

сплави

отливане на бронз

Пак в древността, ковачите забелязали, че при коването на нажежено желязо то става много по-твърдо от бронза. Причината за това била, че към разтопения метал в процеса на закаляване се добавял въглерод, който се импрегирал в металната кристална решетка на желязото (но те не го знаели). Така се получила нова сплав, която днес ние познаваме като стомана. Количеството на въглерода в нея определя нейната твърдост и това дали получената сплав ще бъде стомана или чугун. Ако към стоманата се добави хром тя става неръждаема, волфрамът я превръща в по-твърда, а манганът я прави по-устойчива на износване.

Други сплави, които са имали или имат значение за човека са месинг (сплав на мед и цинк) и дуралуминий (сплав на алуминий, магнезий, манган, и мед ). Дуралуминият притежава невероятна якост и малка маса, затова се използва в авиацията. Сплавите на желязото с никела и хрома притежават голямо електрично съпротивление, което ги прави подходящи за изработване на нагревателни елементи. Те са термоустойчиви и устойчиви на киселини, като поради тази причина намират широко приложение в промишлеността.

сплави, легиране

Коване на стомана – закаляване (обогатява се с въглерод)

Нитинолът е сплав от никел и титан. Тя има особена “ памет “ и ако бъде подложена на деформация, след последващо нагряване, сплавта ще възтанови изначалната си форма. Нитинолът е сплав изключително подходяща за употреба в космическите апарати и техника.

Температурата на топене на повечето сплави е по-ниска и от тази на най-ниско топимия метал в състава ù. Това тяхно свойство може да бъде полезно, като например сплавта олово и калай с употребява за спояване на метали.

Кристалните решетки на сплавите, съставени от метали разтворими в течно и твърдо състояние, са три основни типа и  много наподобяват твърди разтвори, т.е. могат да нямат постоянен състав. На долното изображение първата от схемите представлява хомогенна кристална метална решетка на произволен метал (1). Ако при сплавяне на два метала, атомните им радиуси са близки по размери, могат да се образуват метални кристални решетки със заместени атоми (2). Такива са например сплавите злато – мед и злато – сребро.  При сплавянето на метали със значителни разлики в размерите на атомните радиуси се формира метална кристална решетка с „внедрени“ атоми (3).  Възможен е и смесен вариант при сплавянето на три или повече метала (4). В някои случаи в процеса на сплавяне могат да се образуват междуметални химични съединения.

сплави - кристална решетка

Различни видове метални кристални решетки на сплави

Кристалните решетки на сплавите, съставени от метали разтворими в течно, но неразтворими в твърдо агрегатно състояние, представляват просто механични смеси.

Въпреки, че днес са известни над 10 000 вида сплави, също е ясно, че не всички метали могат да се сплавят. Например, желязото не може да образува сплав с оловото или бисмута заради различната им плътност. Все пак има начин тези метали да се смесят посредством прахова металургия. Това е безотпадъчна технология, при която се получават сложни форми, недостижими посредством други технологични методи.

Прахова  металургия

При праховата металургия от метален прах се изработват сложни детайли. Те са изключително точни и не се нуждаят от допълнителна обработка. Процесът на тяхната изработка се характеризира с икономичност и безотпадност, като последната характеристика е и от полза за околната среда. Изработваните при праховата металургия детайли могат да бъдат с висока степен на сложност, която трудно може да бъде постигната при класическите методи като коване, леене, щанповане и пресоване.

Метален прах може да се получи по-редица методи, които включват химични реакции, електрохимични методи, механично разпрашаване и разпрашаване на стопилка. При механичното разпрашаване, металните прахове могат да се получат от отпадъчни метални стружки и изрезки, които се стриват в механични мелници или в апарати под въздействието на мощни вихри. Разпрашаването на стопилка се прилага за метали с ниска температура на топене, които в разтопено състояние с помоща на сгъстен въздух се разпръскват на финни капчици.

Оформените детайли се изпичат в пещи, за да могат металните частици да се свържат помежду си и да образуват хомогенна маса.

По метода на праховата металургия могат да се съединяват метали, които при обикновенни обстоятелства не могат да образуват сплав. Вече е възможно и смесването на метални прахове с прахове от пластмаси или различни минерали. При това новополучените материали съчетават свойствата на изходните материали. Класически продукти на праховата металургия са металокерамичните изделия.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!