На чем основывается выбор химического состава сплава при его создании как композитного материала

           По назначению углеродистые стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. По качеству конструкционные углеродистые стали подразделяют на сталь качественную и сталь обыкновенного качества; инструментальные — на качественную и высококачественную. В зависимости от степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (сп). Конструкционные углеродистые стали содержат углерод в небольшом количестве — 0,06—0,85 %, вследствие чего обладают пластичностью, хорошо обрабатываются литьем, давлением, резанием, пригодны для изготовления изделий (конструкций) сложной формы. Для изготовления изделий, не испытывающих при эксплуатации больших нагрузок, например посуды, целесообразно использовать кипящую сталь, а для изделий с большими механическими воздействиями (ножи, инструменты) больше подходят полуспокойная и спокойная сталь. Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления ножей, режущих инструментов, деталей бытовых машин (мельницы для кофе, перца, мясорубки и др.), испытывающих сильное трение при работе.

Легированные стали, кроме углерода, содержат один или несколько легирующих, специально добавляемых элементов. К легирующим элементам относят марганец, кремний, хром, никель, вольфрам, кобальт, молибден, ванадий, титан и др. Эти элементы в зависимости от их количества, сочетания между собой, изменяют структуру и свойства сталей. Данные стали превосходят углеродистые по твердости, износостойкости, жаропрочности, устойчивости к коррозии. Однако подобные стали дороже углеродистых, для выплавки их требуется большое количество цветных металлов.

           По назначению легированные стали классифицируют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. Конструкционные легированные стали характеризуются высокой прочностью к механическим нагрузкам и хорошей пластичностью, вязкостью. Инструментальные легированные стали используют для изготовления режущих, сверлильных, измерительных и других инструментов, поскольку эти инструменты должны иметь повышенную износостойкость, особенно при высоких скоростях обработки и температуре. Легированные стали и сплавы с особыми свойствами представлены коррозионностойкими (нержавеющими) сталями и сплавами с высоким сопротивлением электрическому току. Коррозионностойкие стали применяют для изготовления ножей, вилок и других столовых и кухонных принадлежностей, посуды и металлической галантереи. Нержавеющие стали отличаются устойчивостью к действию пищевых кислот, поваренной соли, они не разрушают витамины, содержащиеся в пище, ее вкус и цвет. Изделия из коррозионностойких сталей имеют красивый внешний вид. Эти важные потребительные свойства стали приобретают благодаря легированию хромом, никелем, титаном. С уменьшением содержания углерода устойчивость стали к коррозии возрастает. Высокие коррозионностойкие и механические свойства хромистые и хромоникелевые стали приобретают также в процессе термической и механической обработки.

         Чугуны. Чугун — сплав железа с углеродом (содержание больше 2,14%) и другими элементами. Вырабатывают чугун выплавкой из железных руд в доменных печах.

По назначению чугуны классифицируют на передельные, литейные, высокопрочные, ковкие, легированные. Передельный (белый, за счет цементита) чугун используют для выплавки сталей. Литейные (серые) чугуны содержат углерод 2,2-3,7% в химически не связанном состоянии в виде графита. Графит придает чугуну серый цвет на изломе. Металлохозяйственные изделия (посуда, корпуса мясорубок, замков, колунов и др.) из серого чугуна вырабатывают литьем в формы. Высокопрочные (модифицированные) чугуны производят с помощью добавки в расплавленные чугуны магния, церия и др. В результате обеспечивается высокая прочность и пластичность чугуна за счет выделения графита в шаровидной форме. Ковкие чугуны производят выдержкой при 950—970 °С в течение 10-15 ч с последующим медленным охлаждением отливок из белого чугуна, которые содержат меньше углерода, кремния, марганца, серы. По сравнению с серыми чугунами ковкие чугуны прочнее на разрыв, устойчивее к ударам, повторно- переменным нагрузкам, их применяют для изделий, испытывающих подобные нагрузки (гаечные ключи, гайки, крюки, детали водопроводных труб и др.).

          Алюминий и его сплавы. Алюминий — металл серебристо-белого цвета, очень легкий (плотность 2200 кг/м³), пластичный, малопрочный, мягкий. Вследствие высокой пластичности в отожженном состоянии алюминий может легко обрабатываться давлением. На поверхности алюминия образуется тонкая, прочная окисная пленка, что обеспечивает ему стойкость к атмосферным воздействиям, действию органических кислот, щелочей, аммиаку и т.д. Чистый алюминий (99,996 % Аl) из-за недостаточной прочности и термостойкости как конструкционный материал применяют мало (для производства электрических конденсаторов, выпрямителей, полупроводниковых приборов, зеркал и т.п.). Более распространено использование прочных и термостойких сплавов на основе алюминия.

       Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий подразделяют на деформируемые (изделия получают методами пластической деформации) и литейные (изделия изготавляют литьем).

      Деформируемые алюминиевые сплавы классифицируют на упрочняемые и неупрочняемые с помощью термообработки. Упрочняемыми деформируемыми сплавами алюминия являются дюралюмины. Легирующие элементы придают дюралюмину твердость, прочность и некоторую пластичность. Эти свойства закрепляются термообработкой. Для коррозионной стойкости листы из дюралюмина подвергают плакировке - покрывают слоем чистого алюминия с последующим нагревом и прокаткой. Дюралюмин используют для изготовления мебели с металлическим каркасом, а также для деталей (ручек, арматуры) столовых приборов, замков и других бытовых изделий. К деформируемым алюминиевым сплавам, неупрочняемым термической обработкой, относятся сплавы алюминия с марганцем и магнием. Эти сплавы отличаются повышенной устойчивостью к механическим нагрузкам, коррозии. Деформируемые неупрочняемые сплавы алюминия в основном применяют для производства посуды, баков стиральных машин.

      Литейные алюминиевые сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, малой усадкой, пористостью. Они незначительно растрескиваются при остывании, что позволяет изготавливать из них изделия сложных форм. В то же время эти сплавы хорошо обрабатываются резанием. Алюминиевые литейные сплавы используют для изготовления корпусов мясорубок, соковыжималок, деталей ножей, столовых и оконных приборов, инструментов, а также отдельных узлов бытовых машин. В сплавах для изделий пищевого назначения содержание свинца не должно превышать 0,15%, цинка — 0,3, мышьяка — 0,015%, примесь бериллия не допускается . Применение этих сплавов для изготовления изделий пищевого назначения в каждом случае должно быть согласовано с органами Министерства здравоохранения.

     Медь и ее сплавы. Медь представляет собой металл красного цвета с температурой плавления 1083 °С, плотностью 8940 кг/м³ обладает высокой электропроводностью, используется как проводниковый материал. В бытовых изделиях применяют сплавы меди — латуни, бронзы и др.

     Латуни - сплавы меди только с цинком (простые, двухкомпонентные, латуни) или с цинком и другими элементами, но с преобладанием цинка. При содержании цинка до 39% увеличивается прочность и пластичность сплава, при 40—45 % цинка прочность к растяжению увеличивается, а пластичность снижается. Количество цинка в латуни определяет ее цвет (18—20 % цинка — желто-красный; 20-30% цинка - буро-желтый; при 30% и более - светло-желтый).

По способу изготовления изделий  латуни подразделяют на обрабатываемые давлением (деформируемые) и литейные.

     Из деформируемых латуней вырабатывают посуду, самовары, духовые музыкальные инструменты, охотничьи гильзы, галантерейные изделия, бижутерию. Литейные латуни используют для подшипников, втулок, шестерен.

     Бронзы — сплавы меди с оловом и другими цветными металлами (алюминием, кремнием, железом, марганцем, бериллием и др.). Бронзы классифицируют на оловянные и безоловянные. Оловянные бронзы, у которых основным легирующим элементом является олово, применяются для отливки художественных изделий: корпусов настольных часов, подсвечников, бюстов, мелкой пластики. Марки безоловянных бронз в зависимости от вида, количества легирующего элемента имеют разнообразное назначение и свойства, по ряду которых превосходят оловянные бронзы (за исключением литейных свойств). По способу производства изделий бронзы подразделяют на деформируемые и литейные, которые могут быть с термообработкой и без нее. Мельхиор и нейзильбер представляют собой сплавы меди с никелем, имеющие серебристый цвет, прекрасные технологические и механические свойства, коррозионную стойкость. Эти сплавы широко применяют для изготовления высококачественной посуды, столовых приборов и других изделий. Изделия из медно-никелевых сплавов облагораживают серебрением, золочением, чернением, чеканкой и другими способами.

      Хром — серебристо-белый метал, плотностью 7140 кг/м³. Имеет высокую температуру плавления (1830 °С), устойчив к действию атмосферы, воды, щелочей, органических и минеральных кислот. Обладает высокой твердостью и хрупкостью. Хром используют для защитно-декоративных покрытий и легирования сталей, получения медно-никелевых сплавов. Хромовые покрытия обладают особенной износостойкостью и долговечностью.

      Никель — серебристо-белый с голубоватым оттенком металл. Имеет плотность 8920 кг/м³, характеризуется пластичностью, тугоплавкостью (температура плавления 1453 °С), достаточной механической прочностью. Обладает устойчивостью к атмосферным воздействиям, к воде, органическим и минеральным (кроме азотной) кислотам, не оказывает отрицательного влияния на вкус, цвет, запах, питательную ценность пищи. Никель широко используют для получения защитно-декоративных покрытий стали, латуни и других металлов, а также для легирования сталей, получения нихромов, мельхиора, незильбера и др.

      Цинк - светло-серый легкоплавкий (419 °С) металл (плотность 7140 кг/м³), устойчив к атмосферным воздействиям благодаря образованию защитной оксидной пленки. Цинк применяется для получения защитных покрытий на стальных изделиях. Цинковые покрытия не выдерживают воздействия горячей воды, пищевых и минеральных кислот и щелочей. Соединения цинка токсичны, поэтому на изделия пищевого назначения цинковые покрытия не наносят.

     Олово — серебристо-белый металл (плотность 7300 кг/м³), обладает низкой температурой плавления (232°С), высокой пластичностью и мягкостью. По коррозионной стойкости олово приближается к благородным металлам. Олово устойчиво к действию холодной и горячей воды, органических кислот, разбавленных минеральных кислот, щелочей, не образует токсичных соединений с пищевыми продуктами. Олово широко применяют для получения белой жести (малоуглеродистую листовую сталь покрывают слоем олова), предназначенной для металлических консервных банок, крышек, металлической посуды, кухонных принадлежностей.

    Титан — серебристо-белый, легкий (плотность 4500 кг/м³), прочный, тугоплавкий (1665°С), коррозионностойкий металл. По прочностным свойствам титан соответствует конструкционным сталям, а по коррозионной стойкости превосходит высоколегированные нержавеющие стали. Используют для изготовления столовых приборов, металлической галантереи, лыжных палок и других.

Благородные или драгоценные, металлы  характеризуются красивым внешним  видом, коррозионной стойкостью в обычной  атмосфере и в большинстве  кислот и щелочей, высокой температурой плавления, способностью прокатываться  в тончайшие пленки и нити. К  драгоценным металлам относятся  серебро, золото, платина и металлы  платиновой группы — палладий, рутений, родий, иридий, осмий.

       Для бытовых ювелирных изделий используют в основном серебро, золото и платину.

       Серебро характеризуется высокими электро- и теплопроводностью, пластичностью, отражающей способностью плотность 10500 кг/м³. Серебро обладает устойчивостью к действию воды, соляной и органических кислот, но растворяется в азотной кислоте. Под действием серы и серосодержащих веществ серебро чернеет, так как на его поверхности образуется пленка сульфида серебра Ag₂S. Это свойство используется для декоративной отделки серебряных изделий — чернения. Серебро используют для защитно-декоративных покрытий, изготовления ювелирных изделий, припоев, светочувствительных материалов, контактов электроприборов, покрытия колб термосов и других целей. Содержание серебра и других драгоценных металлов в сплавах обозначают пробой ^— количеством граммов благородного металла в 1000 г сплава. Стандартные пробы серебряных сплавов - 800, 875, 916.

       Золото — металл ярко-желтого цвета, с сильным блеском, тяжелый (плотность 19320 кг/м³), но при этом мягкий и пластичный. Золото характеризуется высокой химической стойкостью к действию атмосферы, воды при высоких и низких температурах, к кислотам, щелочам, однако, растворяется в царской водке, (смесь соляной и азотной кислот), бромной и хлорной воде. Ювелирные изделия изготавливают не из чистого золота, вследствие его мягкости, а из сплавов золота с медью, серебром, палладием (белое золото). В зависимости от соотношения этих элементов изменяются цвет, оттенки и твердость сплава. Стандартные пробы золотых ювелирных сплавов - 375, 585, 750, 958. Золото используют также для декоративных покрытий.

       Платина — белый металл с сероватым оттенком, имеет высокие плотность (21500 кг/м³) и температуру плавления. Обладает высокой твердостью, но меньшей пластичностью. Для повышения прочности ее сплавляют с металлами платиновой группы: родием, иридием, палладием, а также с золотом, серебром и медью. В ювелирном деле применяется платина пробы 950 для изготовления украшений, а также в качестве оправы бриллиантов, поскольку платина имеет одинаковый с алмазом коэффициент линейного расширения, при этом бриллиант в оправе из платины имеет лучший блеск.

  Список использованной литературы:

1.  Технология металлов и сварка. Под ред. П.И. Полухина. М. Высшая школа. 1977 г.
2. Строительные материалы. А.Г. Домокеев. М. Высшая школа. 1989 г.
3. Большая советская энциклопедия. Под ред. А.М. Прохорова. М. изд. «Советская энциклопедия». 1974 г.
4. «Необычные свойства обычных металлов», В.А. Займовский, Т.Л.Колупаева, библиотека «Квант» (№-32 1997 г.)
5. «Магниты из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом», перевод Р.С.Торчиновой, Э.М.Лазарева, Москва “Москва”1995 г.
6. «Редкоземельные магнетики и их применение», К.П.Белов, Издательство «Наука», 1990 г.
7. «Химия и научно-технический прогресс», И.Н.Семенов, А.С.Максимов, А.А.Макареня, Москва “Просвещение” 1988 г.(для учеников 10-11 классов)