• Рабочие
  столы
  • Столы
  • Столы-шкафы
  • Столы разделочные пластик
  • Столы разделочные дерево
  • Столы специальные
• Нейтральное
  оборудование
  • Шкафы для посуды
  • Ванны моечные
  • Полки открытые
  • Полки закрытые
  • Стеллажи
  • Стойки-шпильки
  • Тележки
  • Подтоварники
  • Контейнеры для мусора
• Вентиляционное
  оборудование
  • Вытяжные зонты островные
  • Вытяжные зонты пристенные
  • Приточно-вытяжные зонты островные
  • Приточно-вытяжные зонты пристенные
• Тепловое
  оборудование
  • Столы с подогревом внутри
  • Столы с подогревом столешницы
  • Мармит
• Энциклопедия
  стали
  • Сталь - общие сведения
  • Нержавеющая сталь
  • Маркировка сталей
  • Области применения
  • Уход за изделиями

Сплавы и техника

И.И.Корнилов

Растворы как однородные смеси двух и более веществ в жидком состоянии играют большую роль в природе и в жизни человека. Особое значение в современной технике имеют вещества, получившие название «твёрдые растворы». Растворённые в твёрдом состоянии атомы, подобно растворам сахара или соли в воде, сохраняют однородное, но кристаллическое строение вещества-растворителя и изменяют. свойства последнего непрерывно. Твёрдые растворы веществ широко распространены в виде минеральных образований (горные породы, руды) и сплавов. Из всех природных веществ и технических продуктов металлы, благодаря особенному строению, наиболее склонны к образованию твёрдых растворов в виде однородных сплавов. Металлические твердые растворы с отдалённых времён приобрели большое значение в технике и нашли широкое применение в повседневной жизни.

Такие названия, как «век бронзы», «век железа», «новая эпоха легких сплавов» (алюминия и магния), характеризуют применение того или другого вида твёрдых растворов металлов: меди и олова, железа и углерода, алюминия и магния и др. Замечательные памятники старины, найденные при археологических раскопках, — металлические изделия, орудия производства и орнаменты, сохранившиеся без значительных изменений в течение двух, трёх тысяч лет, а также шедевры современного искусства — статуи из нержавеющих сталей — представляют собой блестящие примеры использования металлических твёрдых растворов для создания бессмертных памятников культуры своего времени.

Твёрдые растворы металлов замечательны тем, что они химически устойчивы, механически прочны, физические и технические свойства их в десятки, а иногда и в сотни раз превышают свойства чистого металла-растворителя.

Исследования новых видов твёрдых растворов обнаружили сложные и вместе с тем определённые закономерности. На основе их можно предсказать и изготовить из соответствующих чистых металлов твёрдые растворы с заранее заданными высокими физическими и механическими свойствами, устойчиво сохраняющимися в течение длительного времени. Таким образом, теория образования твёрдых растворов позволяет создавать такие однородные сложные вещества переменного состава, которые в течение сотен и тысяч лет могут сохраняться без заметного окисления и разрушения. Месяцы и годы могут они работать в деталях современных машин в таких жёстких условиях, какие нередко создают агрессивные среды кислот и газов, высокие давления и температуры. В этих условиях чистые металлы, из которых образованы твёрдые растворы, разрушаются иногда через несколько часов.

На основе твёрдых растворов металлов в современной технике появились нержавеющие, кислотоупорные и жароупорные сплавы; высокопрочные железные, медные, алюминиевые сплавы; сплавы с высокими электрическими и магнитными свойствами и целый ряд других сплавов с так называемыми особыми физическими свойствами, необходимыми в современной технике.

История развития каждой группы сплавов тесно связана с историей определённой отрасли техники. Чем более сложные и разносторонние требования предъявляет техника к изделиям, тем более высококачественными должны быть материалы.

Ещё сто лет назад наиболее сильные кислоты — азотную п соляную — могли получать и хранить только в керамических, очень хрупких и необрабатываемых сосудах; в настоящее время аппараты из железных и никелевых твёрдых растворов вытесняют керамические изделия, так как они имеют высокие пластические свойства — механически обрабатываются и устойчивы в этих агрессивных средах.

Накануне первой мировой войны для электронагревательных приборов пользовались простой железной проволокой или медными сплавами для нагревания до 300 — 500, а в специальных случаях такими дорогими материалами, как платина и её сплавы.

Развитие теории и практики производства металлических сплавов позволило разработать новые жароупорные сплавы и создать предпосылки для широкого применения электрической энергии для высокотемпературных печей сопротивления. Наиболее пригодными сплавами для этих целей оказались твёрдые растворы никеля с хромом и железом, твёрдые растворы железа с хромом и алюминием и др. Первая группа сплавов, с 60 — 80%i никеля (нихромы), позволила повысить температуру в печах до 1000 — 1100 градусов, а разработанные в последнее время железо-хромо-алюминиевые сплавы с 60 — 70% железа позволили поднять «потолок» их применения до 1200 и даже до 1400 градусов.

Сплавы железа с никелем, алюминием и кобальтом, представляющие твёрдые растворы этих металлов, в результате сложных превращений в твёрдом состоянии обнаруживают чрезвычайно высокие магнитные свойства. Высокая концентрация магнитных сил в небольшом объёме металла, получаемая в продуктах превращений этих твёрдых растворов, позволила создать небольшие по весу, но мощные по силе постоянные магниты, имеющие исключительное значение в радиотехнике и авиационной промышленности.

Наиболее ответственные части современных двигателей, в частности авиамоторов, — клапаны, турбокомпрессоры, электроды зажигательных свечей и др., работающие при температурах 800— 1000 градусов, требуют жароупорных и неокисляющихся материалов.

В этом отношении железные и никелевые твёрдые растворы с различными элементами и продукты их превращения оказались незаменимыми. Соответственно росту требований к двигателю растут требования к качеству материалов, применяемых в моторостроении. В настоящее время можно сказать, что пределы физико-химических и механических свойств металлических конструкционных материалов в основном ограничивают два основных показателя авиационного мотора — увеличение скорости и потолка полёта самолёта. Эта задача может быть решена и будет решена новыми техническими достижениями в области изыскания высокопрочных материалов и новыми конструкциями машин. Можно не сомневаться, что таковыми будут сплавы железа и других тугоплавких металлов.

Хорошо известно широкое техническое применение твёрдых растворов меди в виде различных сплавов — латуни и бронзы со специальными добавками различных металлов, в том числе некоторых редких металлов — бериллия, ниобия, титана и др.

Металлы современности и будущего — алюминий и магний,— производство которых во время войны возросло в десятки раз, находят техническое применение преимущественно в виде твёрдых растворов. В этой области особенное значение приобрели лёгкие сплавы, подвергающиеся старению.

Благодаря этому явлению упрочения металла, связанному с распадом твердого раствора сплавов алюминия или магния, стало возможным получение высококачественных материалов для различных деталей самолётов и других машин на основе таких малопрочных и легких металлов, как алюминий и магний.

Получение жароупорных сплавов на основе легко окисляющихся элементов — алюминия и магния — в некоторой степени кажется парадоксом. Однако изучение многих физико-химических свойств твердых растворов этих металлов в зависимости от их химического состава приводит исследователей к приятным сюрпризам — к открытию таких сочетаний сплавов, которые могут выдерживать значительное время без окисления при температурах, близких к их температурам плавления. Примерами этому могут служить жароупорные алюминиевые твёрдые растворы и установленный в последнее время состав магниевого твёрдого раствора, который при нагревании на воздухе до 400' не подвергается заметному окислению и сохраняет зеркально-серебристую поверхность, тогда как чистый магний при этом в течение нескольких часов сгорает и превращается в порошок оксида.

К настоящему времени наша страна имеет налаженное производство нержавеющих и жароупорных сплавов, магнитных сплавов, причем массовое производство многих алюминиевых и магниевых сплавов было освоено и организовано за военный период. Наука о металлах и твердых растворах при этом указывала наиболее рациональные пути изыскания, разработки новых сплавов и их практического применения.

В химии металлических сплавов и исследований твёрдых растворов теория физико-химического анализа занимает руководящее место. Основатель этого направления химической науки академик Н. С. Курнаков создал крупнейшую школу русских химиков. Его классические работы в области познания природы металлических сплавов и твёрдых растворов по праву занимают ведущее положение в мировой химической науке.

Подобно тому, как передовые биологи нашей страны сознательным, научным методом создают новые виды растений и улучшают качество ряда сельскохозяйственных культур, современные химики и металлурги путём научно обоснованного комбинирования различных металлов в состоянии создавать такие твёрдые растворы металлов, которые будут обладать невиданными до сих пор высокими качествами.

Живой и органический мир, с одной стороны, и неорганический мир — с другой, в руках ученых становятся элементами великих преобразований, которые меняют облик современной жизни и техники и являются постоянным источником нового прогресса человечества в борьбе с природой и в завоевании её сил и средств для человека.

Следующая страница: Общие сведения о коррозии металлов