Κράμα μετάλλων: περιγραφή, λίστα και χαρακτηριστικά εφαρμογής

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η ανάπτυξη ταυτίζεται με τη βελτίωση. Η βελτίωση των βιομηχανικών και οικιακών δυνατοτήτων πραγματοποιείται με τη χρήση υλικών με προοδευτικά χαρακτηριστικά. Πρόκειται, ειδικότερα, για κράματα μετάλλων. Η ποικιλομορφία τους καθορίζεται από τη δυνατότητα διόρθωσης της ποσοτικής και ποιοτικής σύνθεσης των στοιχείων κράματος.

φυσικό κράμα χάλυβα

Ο πρώτος λιωμένος σίδηρος, που διέφερε από τους συγγενείς του στις ιδιότητες του, ήταν φυσικά κράμα. Ο λιωμένος προϊστορικός μετεωρικός σίδηρος περιείχε αυξημένη ποσότητα νικελίου. Βρέθηκε σε αρχαίες αιγυπτιακές ταφές 4-5 χιλιετιών π. Χ. ε., από το ίδιο χτίστηκε το αρχιτεκτονικό μνημείο του Κουτάμπ Μινάρ στο Δελχί (5ος αιώνας). Τα ιαπωνικά δαμασκηνά ξίφη κατασκευάζονταν από σίδηρο κορεσμένο με μολυβδαίνιο και ο χάλυβας της Δαμασκού περιείχε βολφράμιο, χαρακτηριστικό της σύγχρονης κοπής υψηλής ταχύτητας. Αυτά ήταν μέταλλα, τα μεταλλεύματα για τα οποία εξορύσσονταν από ορισμένα μέρη.

Τα σύγχρονα κράματα παραγωγής μπορεί να περιέχουν φυσικά μεταλλικά καιμη μεταλλικής προέλευσης, που αντικατοπτρίζονται στα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητές τους.

Ιστορική διαδρομή

Τα θεμέλια για την ανάπτυξη του κράματος τέθηκαν με την αιτιολόγηση της μεθόδου χωνευτηρίου τήξης του χάλυβα στην Ευρώπη τον 18ο αιώνα. Σε μια πιο πρωτόγονη εκδοχή, τα χωνευτήρια χρησιμοποιούνταν στην αρχαιότητα, συμπεριλαμβανομένης της τήξης δαμασκηνού και χάλυβα της Δαμασκού. Στις αρχές του 18ου αιώνα, αυτή η τεχνολογία βελτιώθηκε σε βιομηχανική κλίμακα και κατέστησε δυνατή την προσαρμογή της σύνθεσης και της ποιότητας του αρχικού υλικού.

• Η ταυτόχρονη ανακάλυψη ολοένα και περισσότερων νέων χημικών στοιχείων ώθησε τους ερευνητές σε πειραματικά πειράματα τήξης.
• Η αρνητική επίδραση του χαλκού στην ποιότητα του χάλυβα έχει τεκμηριωθεί.
• Ανακαλύφθηκε ορείχαλκος που περιέχει 6% σίδηρο.

Διεξήχθησαν πειράματα όσον αφορά τις ποιοτικές και ποσοτικές επιδράσεις στο κράμα χάλυβα βολφραμίου, μαγγανίου, τιτανίου, μολυβδαινίου, κοβαλτίου, χρωμίου, πλατίνας, νικελίου, αλουμινίου και άλλων.

Η πρώτη βιομηχανική παραγωγή χάλυβα σε κράμα με μαγγάνιο ιδρύθηκε στις αρχές του 19ου αιώνα. Αναπτύχθηκε από το 1856 ως μέρος της διαδικασίας τήξης Bessemer.

Χαρακτηριστικά του ντόπινγκ

Οι σύγχρονες δυνατότητες καθιστούν δυνατή την τήξη κραματοποιημένων μετάλλων οποιασδήποτε σύνθεσης. Οι βασικές αρχές της εν λόγω τεχνολογίας:

1. Τα συστατικά θεωρούνται κράματα μόνο εάν εισάγονται σκόπιμα και η περιεκτικότητα του καθενός υπερβαίνει το 1%.
2. Το θείο, το υδρογόνο, ο φώσφορος θεωρούνται ακαθαρσίες. ως μη μεταλλικόχρησιμοποιούνται εγκλείσματα, βόριο, άζωτο, πυρίτιο, σπάνια - φώσφορος.
3. Η χύδην κράμα είναι η εισαγωγή συστατικών σε μια τετηγμένη ουσία στο πλαίσιο της μεταλλουργικής παραγωγής. Η επιφάνεια είναι μια μέθοδος κορεσμού διάχυσης του επιφανειακού στρώματος με τα απαραίτητα χημικά στοιχεία υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών.
4. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, τα πρόσθετα αλλάζουν την κρυσταλλική δομή του υλικού "κόρη". Μπορούν να δημιουργήσουν λύσεις διείσδυσης ή αποκλεισμού, καθώς και να τοποθετηθούν στα όρια μεταλλικών και μη μεταλλικών κατασκευών, δημιουργώντας ένα μηχανικό μείγμα κόκκων. Ο βαθμός διαλυτότητας των στοιχείων μεταξύ τους παίζει μεγάλο ρόλο εδώ.

Στοιχεία κράματος

Σύμφωνα με τη γενική ταξινόμηση, όλα τα μέταλλα χωρίζονται σε σιδηρούχα και μη σιδηρούχα. Τα μαύρα περιλαμβάνουν σίδηρο, χρώμιο και μαγγάνιο. Τα μη σιδηρούχα διακρίνονται σε ελαφριά (αλουμίνιο, μαγνήσιο, κάλιο), βαριά (νικέλιο, ψευδάργυρος, χαλκός), ευγενή (πλατίνα, ασήμι, χρυσός), πυρίμαχα (βολφράμιο, μολυβδαίνιο, βανάδιο, τιτάνιο), ελαφριά, σπάνια γη και ραδιενεργά. Τα κράματα μετάλλων περιλαμβάνουν μια μεγάλη ποικιλία από ελαφρά, βαριά, ευγενή και πυρίμαχα μη σιδηρούχα μέταλλα, καθώς και όλα τα σιδηρούχα.

Ανάλογα με την αναλογία αυτών των στοιχείων και την κύρια μάζα του κράματος, τα τελευταία διακρίνονται σε χαμηλού κράματος (3%), μεσαίου κράματος (3-10%) και σε υψηλό κράμα (πάνω από 10 %).

Κραματοποιημένοι χάλυβες

Τεχνολογικά, η διαδικασία δεν προκαλεί δυσκολίες. Η γκάμα είναι πολύ μεγάλη. Κύριοι στόχοι γιαοι χάλυβες είναι οι εξής:

• Αύξηση δύναμης.
• Βελτιώστε τα αποτελέσματα θερμικής επεξεργασίας.
• Αύξηση αντοχής στη διάβρωση, αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στη θερμότητα, αντοχή σε επιθετικές συνθήκες εργασίας, διάρκεια ζωής.

Τα κύρια συστατικά είναι σιδηρούχα κράματα και πυρίμαχα μέταλλα, τα οποία περιλαμβάνουν Cr, Mn, W, V, Ti, Mo, καθώς και μη σιδηρούχα Al, Ni, Cu.

Το χρώμιο και το νικέλιο είναι τα κύρια συστατικά που ορίζουν τον ανοξείδωτο χάλυβα (X18H9T), καθώς και τον ανθεκτικό στη θερμότητα χάλυβα, οι συνθήκες λειτουργίας του οποίου χαρακτηρίζονται από υψηλές θερμοκρασίες και φορτία κρούσης (15X5). Έως 1,5% χρησιμοποιείται για ρουλεμάν και εξαρτήματα τριβής (15HF, SHKH15SG)

Το μαγγάνιο είναι βασικό συστατικό των ανθεκτικών στη φθορά χάλυβων (110G13L). Σε μικρές ποσότητες, συμβάλλει στην αποξείδωση, μειώνοντας τη συγκέντρωση φωσφόρου και θείου.

Το πυρίτιο και το βανάδιο είναι στοιχεία που αυξάνουν την ελαστικότητα σε μια ορισμένη ποσότητα και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ελατηρίων και ελατηρίων (55C2, 50HFA).

Το αλουμίνιο είναι κατάλληλο για σίδερο με υψηλή ηλεκτρική αντίσταση (X13Y4).

Μια σημαντική περιεκτικότητα σε βολφράμιο είναι τυπική για τους ανθεκτικούς σε ταχύτητα χάλυβες εργαλείων (R9, R18K5F2). Ένα τρυπάνι κραματοποιημένου μετάλλου κατασκευασμένο από αυτό το υλικό είναι πολύ πιο παραγωγικό και ανθεκτικό στη σκανδάλη από το ίδιο εργαλείο κατασκευασμένο από ανθρακούχο χάλυβα.

Οι κραματοποιημένοι χάλυβες έχουν μπει στην καθημερινή χρήση. Ταυτόχρονα, είναι γνωστά τα λεγόμενα κράματα με εκπληκτικές ιδιότητες, που λαμβάνονται επίσης με μεθόδους κράματος. Άρα ο «ξύλινος χάλυβας» περιέχει 1% χρώμιοκαι 35% νικέλιο, που καθορίζει την υψηλή θερμική του αγωγιμότητα, χαρακτηριστική του ξύλου. Το διαμάντι περιλαμβάνει επίσης 1,5% άνθρακα, 0,5% χρώμιο και 5% βολφράμιο, γεγονός που το χαρακτηρίζει ιδιαίτερα σκληρό, παρόμοιο με το διαμάντι.

Χυτοσίδηρος κραμάτων

Οι χυτοσίδηροι διαφέρουν από τους χάλυβες για σημαντική περιεκτικότητα σε άνθρακα (από 2,14 έως 6,67%), υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη διάβρωση, αλλά χαμηλή αντοχή. Προκειμένου να επεκταθεί το φάσμα σημαντικών ιδιοτήτων και εφαρμογών, είναι κράμα με χρώμιο, μαγγάνιο, αλουμίνιο, πυρίτιο, νικέλιο, χαλκό, βολφράμιο, βανάδιο.

Λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών αυτού του υλικού σιδήρου-άνθρακα, η κραματοποίησή του είναι μια πιο περίπλοκη διαδικασία από ό,τι για τον χάλυβα. Κάθε ένα από τα συστατικά επηρεάζει τον μετασχηματισμό των μορφών άνθρακα σε αυτό. Το μαγγάνιο λοιπόν συμβάλλει στο σχηματισμό του «σωστού» γραφίτη, ο οποίος αυξάνει την αντοχή. Η εισαγωγή άλλων έχει ως αποτέλεσμα τη μετάβαση του άνθρακα σε ελεύθερη κατάσταση, λεύκανση του χυτοσιδήρου και μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων του.

Η τεχνολογία περιπλέκεται από τη χαμηλή θερμοκρασία τήξης (κατά μέσο όρο, έως και 1000 ˚C), ενώ για τα περισσότερα στοιχεία κράματος υπερβαίνει σημαντικά αυτό το επίπεδο.

Το σύνθετο κράμα είναι το πιο αποτελεσματικό για τους χυτοσίδηρους. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η αυξημένη πιθανότητα διαχωρισμού τέτοιων χυτών, ο κίνδυνος ρωγμών και ελαττωμάτων χύτευσης. Είναι πιο ορθολογικό να διεξάγεται η τεχνολογική διαδικασία σε ηλεκτρομαγνητικούς και επαγωγικούς κλιβάνους. Ένα υποχρεωτικό διαδοχικό βήμα είναι η θερμική επεξεργασία υψηλής ποιότητας.

Οι χυτοσίδηροι από χρώμιο χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή στη φθορά, αντοχή, αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στη γήρανση και τη διάβρωση (CH3, CH16). Χρησιμοποιούνται στη χημική μηχανική και στην παραγωγή μεταλλουργικού εξοπλισμού.

Οι χυτοσίδηροι σε κράμα πυριτίου διακρίνονται από υψηλή αντοχή στη διάβρωση και αντοχή σε επιθετικές χημικές ενώσεις, αν και έχουν ικανοποιητικές μηχανικές ιδιότητες (ChS13, ChS17). Αποτελούν μέρη χημικού εξοπλισμού, αγωγών και αντλιών.

Οι χυτοσίδηροι που είναι ανθεκτικοί στη θερμότητα είναι ένα παράδειγμα σύνθετων κραμάτων υψηλής παραγωγικότητας. Περιέχουν σιδηρούχα και κράματα μετάλλων όπως χρώμιο, μαγγάνιο, νικέλιο. Χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στη φθορά και αντοχή σε υψηλά φορτία υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας - μέρη στροβίλων, αντλίες, κινητήρες, εξοπλισμός χημικής βιομηχανίας (ChN15D3Sh, ChN19Kh3Sh).

Ένα σημαντικό συστατικό είναι ο χαλκός, ο οποίος χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλα μέταλλα, ενώ αυξάνει τα χαρακτηριστικά χύτευσης του κράματος.

Κράμα χαλκού

Χρησιμοποιείται σε καθαρή μορφή και ως μέρος κραμάτων χαλκού, τα οποία έχουν μεγάλη ποικιλία ανάλογα με την αναλογία βασικών και κραματικών στοιχείων: ορείχαλκος, μπρούτζος, χαλκονικέλιο, νικέλιο ασήμι και άλλα.

Ο καθαρός ορείχαλκος - ένα κράμα με ψευδάργυρο - δεν είναι κράμα. Εάν περιέχει κράματα μη σιδηρούχων μετάλλων σε ορισμένη ποσότητα, θεωρείται πολυσυστατικό. Οι μπρούντζοι είναι κράματα με άλλα μεταλλικά συστατικά,μπορεί να είναι κασσίτερος και να μην περιέχει κασσίτερο, είναι σε κράμα σε όλες τις περιπτώσεις. Η ποιότητά τους βελτιώνεται με τη βοήθεια Mn, Fe, Zn, Ni, Sn, Pb, Be, Al, P, Si.

Η περιεκτικότητα σε πυρίτιο σε ενώσεις χαλκού αυξάνει την αντοχή στη διάβρωση, την αντοχή και την ελαστικότητά τους. κασσίτερος και μόλυβδος - προσδιορίστε τις ιδιότητες κατά της τριβής και τα θετικά χαρακτηριστικά όσον αφορά τη δυνατότητα επεξεργασίας. νικέλιο και μαγγάνιο - συστατικά των λεγόμενων σφυρήλατων κραμάτων, τα οποία έχουν επίσης θετική επίδραση στην αντοχή στη διάβρωση. ο σίδηρος βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες, ενώ ο ψευδάργυρος βελτιώνει τις τεχνολογικές ιδιότητες.

Χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική μηχανική ως κύρια πρώτη ύλη για την κατασκευή διαφόρων συρμάτων, υλικό για την κατασκευή κρίσιμων εξαρτημάτων για χημικό εξοπλισμό, στη μηχανολογία και όργανα, σε αγωγούς και εναλλάκτες θερμότητας.

κράμα αλουμινίου

Χρησιμοποιείται ως σφυρήλατα ή χυτά κράματα. Κραματοποιημένα μέταλλα που βασίζονται σε αυτό είναι ενώσεις με χαλκό, μαγγάνιο ή μαγνήσιο (ντουραλουμίνες και άλλα), τα τελευταία είναι ενώσεις με πυρίτιο, τα λεγόμενα silumins, ενώ όλες οι πιθανές παραλλαγές τους είναι κραματοποιημένες με Cr, Mg, Zn, Co, Cu, Si.

Ο χαλκός αυξάνει την ολκιμότητα του. πυρίτιο - ρευστότητα και ιδιότητες χύτευσης υψηλής ποιότητας. χρώμιο, μαγγάνιο, μαγνήσιο - βελτίωση της αντοχής, των τεχνολογικών ιδιοτήτων εργασιμότητας λόγω πίεσης και αντοχής στη διάβρωση. Επίσης, B, Pb, Zr,Ti, Bi.

Ο σίδηρος είναι ανεπιθύμητο συστατικό, αλλά χρησιμοποιείται σε μικρές ποσότητες στην παραγωγή φύλλου αλουμινίου. Τα σιλουμίνια χρησιμοποιούνται για τη χύτευση κρίσιμων εξαρτημάτων και περιβλημάτων στη μηχανολογία. Τα ντουραλουμίνια και τα κράματα σφράγισης με βάση το αλουμίνιο αποτελούν σημαντική πρώτη ύλη για την κατασκευή στοιχείων κύτους, συμπεριλαμβανομένων φέροντων κατασκευών, στη βιομηχανία αεροσκαφών, τη ναυπηγική και τη μηχανολογία.

Τα κράματα μετάλλων χρησιμοποιούνται σε όλους τους τομείς της βιομηχανίας ως εκείνα που έχουν βελτιωμένα μηχανικά και τεχνολογικά χαρακτηριστικά σε σύγκριση με το αρχικό υλικό. Η γκάμα των στοιχείων κράματος και οι δυνατότητες των σύγχρονων τεχνολογιών επιτρέπουν μια ποικιλία τροποποιήσεων που διευρύνουν τις δυνατότητες στην επιστήμη και την τεχνολογία.