Металлические сплавы
Чистые металлы используют в электро- и радиотехнике и почти не применяют в производстве потребительских товаров, основными материалами для которых являются металлические сплавы.
Металлическими называются сплавы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также сплавы металлов с неметаллами.
Широкое применение металлических сплавов для производства металлохозяйственных товаров обусловлено возможностью сравнительно легко и в широких пределах изменять их свойства. Для этой цели изменяют состав сплава и размеры зерен.
Большинство сплавов получают путем взаимного растворения компонентов в жидком состоянии. При затвердевании жидкого раствора в процессе первичной кристаллизации могут получиться твердые сплавы с различными строением и свойствами. Компоненты в твердом сплаве могут либо образовывать механические смеси кристаллов исходных элементов сплава, либо растворяться друг в друге, образуя твердые растворы, либо вступать в химические взаимодействия, образуя химические соединения.
Сплавы — механические смеси двух компонентов образуются тогда, когда они в твердом состоянии не растворяются друг в друге и не вступают в химическое взаимодействие. Сплавы — механические смеси (например, свинец—сурьма, олово—цинк) неоднородны по своей структуре и представляют смесь кристаллов данных компонентов. При этом кристаллы каждого компонента в сплаве полностью сохраняют свои индивидуальные свойства. Вот почему свойства таких сплавов (например, электросопротивление, твердость и др.) определяются как среднее арифметическое от величины свойств обоих компонентов.
Сплавы - механические смеси имеют хорошие литейные свойства.
Сплавы - твердые растворы характеризуются образованием общей пространственной кристаллической решетки атомами основного металла-растворителя и атомами растворимого элемента. Структура подобных сплавов состоит из однородных кристаллических зерен, подобно чистому металлу. Существуют твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения.
При образовании твердого раствора замещения атомы растворимого компонента замещают атомы растворителя в узлах его кристаллической решетки. Твердые растворы замещения образуются обычно при сплавлении металлов между собой, когда их атомы имеют близкие размеры. К таким сплавам относятся латуни, медно-никелевые и др.
Твердые растворы внедрения образуются тогда, когда атомы растворимого компонента располагаются в решетке между атомами растворителя. Твердые растворы внедрения образуют обычно металлы с неметаллами (например, при растворении в железе углерода). Атомы неметаллов как меньшие по размерам располагаются между узлами кристаллических решеток металлов-растворителей.
Сплавы - твердые растворы являются самыми распространенными. Их свойства отличаются от свойств составляющих компонентов. Так, например, твердость и электросопротивление у твердых растворов значительно выше, чем у чистых компонентов. Благодаря высокой пластичности они хорошо поддаются ковке и другим видам обработки давлением. Литейные свойства и обрабатываемость резанием у твердых растворов низкие.
Химические соединения, подобно твердым растворам, являются однородными сплавами.
Важной особенностью их является то, что при затвердевании образуется совершенно новая кристаллическая решетка, отличная от решеток составляющих сплав компонентов. Поэтому свойства химического соединения самостоятельны и не зависят от свойств компонентов. Химические соединения образуются при строго определенном количественном соотношении сплавляемых компонентов. Состав сплава химического соединения выражается химической формулой. Эти сплавы обладают обычно высоким электросопротивлением, большой твердостью, малой пластичностью. Так, химическое соединение железа с углеродом цементит (Fe3С) тверже чистого железа в 10 раз.