Что такое сплав?

Появление бронзы около 3300 г. до н.э. — 1200 г. до н.э. ознаменовало начало использования сплавов людьми. Сплавы прошли долгий процесс развития, от древней бронзы до современных высокопроизводительных сплавов.

Технический прогресс на каждом этапе постоянно улучшал эксплуатационные характеристики и область применения сплавов, способствуя их широкому использованию в различных областях.

Определение сплава

Сплав — это металлический материал, состоящий из двух или более элементов, по крайней мере один из которых является металлом. Смешивая эти элементы, сплавы улучшают свои свойства, придавая им лучшие свойства, чем один металл, такие как прочность, твердость, коррозионная стойкость, износостойкость и т. д.

Определение сплава и примеры

Как изготавливаются сплавы

В природе существует множество различных сплавов, которые обычно образуются в результате естественных геологических и химических процессов.

Одним из самых известных природных сплавов является железо-никелевый сплав, встречающийся в метеоритах, который обычно содержит около 90% железа и 10% никеля. Это образует различные минеральные фазы, включая «металлический никель-железо» (камасит) и «никель-железо-никель» (тэнит) в железо-никелевых сплавах.

В большинстве случаев формирование сплава может быть достигнуто с помощью технологий плавки и синтеза:

Метод плавления

Метод плавления: Наиболее распространенный метод производства сплавов включает плавку и смешивание легирующих элементов при высоких температурах, обычно в печи.

Механическое легирование: Металлические порошки смешиваются с использованием механической силы (например, шаровой мельницы) для прохождения физических реакций и образования сплавов. Этот метод позволяет производить сверхмелкозернистые сплавы.

Химический синтез: Химические реакции синтезируют сплавы в газовой фазе и наносят их на подложки, образуя пленки или покрытия, или легирующие элементы восстанавливаются из своих соединений в результате химических реакций и смешиваются, образуя сплавы.

Сюда также входит порошковая металлургия, магнетронное распыление, холодная обработка и термическая обработка.

Типы сплавов

Существует множество типов сплавов. Распространенные сплавы можно классифицировать по их основным компонентам, областям применения и эксплуатационным характеристикам. Некоторые распространенные типы сплавов включают стальной сплав, алюминиевый сплав, медный сплав, никелевый сплав, титановый сплав и специальные сплавы.

Стальные сплавы

Стальные сплавы	Основные компоненты	Характеристики	Приложения	Общие марки (ASTM)
Углеродистая сталь	Железо + Углерод	Высокая прочность, твердость, экономичность	Строительные конструкции, механические детали, автомобилестроение	ASTM А36, ASTM A106, ASTM A500
Легированная сталь	Железо + углерод + легирующие элементы (например, хром, никель)	Отличная прочность, износостойкость и коррозионная стойкость	Инструменты, механические компоненты, автомобильные детали	ASTM A514, ASTM A572
Нержавеющая сталь	Железо + Хром (не менее 10,5%) + Никель	Отличная коррозионная стойкость и эксплуатационные характеристики при высоких температурах	Хозяйственная утварь, химическое оборудование, медицинские инструменты	ASTM A240 (304, 316), ASTM A276 (410, 430)

Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы	Основные компоненты	Характеристики	Приложения	Общие марки (ASTM)
Чистый алюминий	Алюминий	Легкий, устойчивый к коррозии, но менее прочный	Аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, строительные материалы	ASTM B209 (1100, 1050)
Алюминиево-медный сплав	Алюминий + Медь	Высокая прочность, отличные механические свойства	Самолеты, автомобильные детали, конструкционные материалы	ASTM B209 (2024), ASTM B211 (2011)
Алюминиево-цинковый сплав	Алюминий + Цинк	Отличная прочность и коррозионная стойкость	Строительные материалы, автокомпоненты	ASTM B209 (7075), ASTM B211 (7050)

Медные сплавы

Медные сплавы	Основные компоненты	Характеристики	Приложения	Общие марки (ASTM)
Латунь	Медь + Цинк	Хорошая обрабатываемость и коррозионная стойкость	Трубопроводная арматура, музыкальные инструменты, украшения	ASTM B36 (C26000), ASTM B124 (C36000)
бронза	Медь + Олово	Хорошая износостойкость и коррозионная стойкость	Артефакты, статуи, механические компоненты	ASTM B505 (C93200), ASTM B150 (C95400)
Медно-никелевый сплав	Медь + Никель	Отличная коррозионная стойкость и прочность	Оборудование для морской среды, монеты, медицинские инструменты	ASTM B122 (CuNi 90/10, CuNi 70/30)

Никелевые сплавы

Сплав на основе никеля	Никель + легирующие элементы (например, хром, молибден)	Отличные высокотемпературные характеристики и коррозионная стойкость	Аэрокосмическая, химическая промышленность, энергетическое оборудование	ASTM B443 (Инконель 625), ASTM B637 (Инконель 718)
Сплав никеля и железа	Никель + Железо	Хорошие магнитные свойства и коррозионная стойкость	Магнитные материалы, электрооборудование	ASTM A353 (Инвар 36), ASTM A753 (Мю-металл)

Титановые сплавы

Титановые сплавы	Основные компоненты	Характеристики	Приложения	Общие марки (ASTM)
Альфа-сплав	Титан + Алюминий + Олово	Высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость	Аэрокосмическая промышленность, медицинские имплантаты	ASTM B348 (класс 5), ASTM F136 (Ti-6Al-4V)
Бета-сплав	Титан + легирующие элементы (например, молибден, хром)	Высокая прочность, высокий модуль упругости	Самолеты, спортивный инвентарь	ASTM B348 (класс 19), ASTM F2063 (Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)

Жаропрочные сплавы

Жаропрочные сплавы	Основные компоненты	Характеристики	Приложения	Общие марки (ASTM)
Жаропрочный сплав на основе никеля	Никель + легирующие элементы (например, хром, молибден)	Отличная прочность при высоких температурах и коррозионная стойкость	Компоненты двигателя, газовые турбины	ASTM B637 (Инконель 718), ASTM B408 (Хастеллой X)
Жаропрочный сплав на основе кобальта	Кобальт + легирующие элементы (например, хром, алюминий)	Отличная стойкость к окислению и коррозии	Аэрокосмические двигатели, лопатки турбин	ASTM F90 (Хейнс 188), ASTM B815 (L-605)

Специальные сплавы

Специальные сплавы	Основные компоненты	Характеристики	Приложения	Общие марки (ASTM)
Сплав с эффектом памяти формы	Никель + Титан	Может восстанавливать свою первоначальную форму при определенных температурах.	Медицинские приборы, средства автоматизации	ASTM F2063 (Нитинол)
Сверхпроводящий сплав	Свинец, алюминий, вольфрам	Демонстрирует нулевое электрическое сопротивление при низких температурах	Сверхпроводящие магниты, медицинские устройства визуализации	ASTM B714 (Nb3Sn), ASTM B335 (NbTi)

Преимущества и недостатки сплавов

Преимущества и недостатки сплавов различаются в зависимости от их состава и назначения, поэтому при выборе и использовании сплавов для удовлетворения требований конкретных областей применения необходимо учитывать различные эксплуатационные характеристики.

Аспект	Преимущества	Недостатки
Прочность и твердость	Сплавы обычно обладают большей прочностью и твёрдостью, чем составляющие их металлы (например, сталь прочнее чистого железа).	Некоторые сплавы могут стать хрупкими при определенных условиях, что ограничивает их применение в определенных средах.
Коррозионная стойкость	Повышенная коррозионная стойкость является ключевой особенностью многих сплавов, например, нержавеющей стали с хромом и никелем.	Производство коррозионно-стойких сплавов может быть дорогостоящим, что приводит к увеличению общих затрат на материалы.
Проводимость	Некоторые сплавы, например медные, обеспечивают отличную электро- и теплопроводность, что крайне важно для электроники.	Производство сплавов требует точного контроля состава и процесса, что может привести к сложности.
Износостойкость	Сплавы с такими элементами, как хром, вольфрам или молибден, обладают высокой износостойкостью и подходят для применений с высоким коэффициентом трения.	Высокая износостойкость может сопровождаться снижением пластичности, что делает материал менее универсальным в процессах формования.
Обрабатываемость	Корректировка состава сплава может привести к улучшению обрабатываемости, снижению производственных проблем и затрат.	Некоторые высокопрочные сплавы могут быть сложны в обработке, требующей специальных инструментов или процессов.
Теплостойкость	Такие сплавы, как суперсплавы на основе никеля, сохраняют прочность и стабильность при высоких температурах, что идеально подходит для аэрокосмической и энергетической промышленности.	Жаропрочные сплавы часто стоят дорого и могут требовать специальной обработки и обращения.
Расходы	Улучшенные свойства оправдывают более высокие затраты в критических областях применения, где производительность перевешивает стоимость.	Общая стоимость производства и использования сплавов может быть значительно выше по сравнению с чистыми металлами.
Риски для окружающей среды и здоровья	Некоторые сплавы содержат токсичные элементы, такие как кадмий или бериллий, представляющие опасность для окружающей среды и здоровья.	Утилизация и обращение с компонентами токсичных сплавов требуют тщательного подхода и могут повлечь за собой дополнительные расходы.
Магнетизм	Магнитные свойства некоторых сплавов, например, некоторых видов нержавеющей стали, имеют преимущества в определенных областях применения.	Нежелательный магнетизм в сплавах может повлиять на производительность электронных или магниточувствительных устройств.

Почему SSM — ваш надежный поставщик изделий из сплавов

The сплавы Поставляемая SSM продукция включает углеродистую сталь, нержавеющую сталь, различные никелевые сплавы, алюминиевые сплавы и т. д. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить бесплатную консультацию и ощутить разницу сотрудничества с настоящими экспертами в области обработки металлов.

Связанные ресурсы