Bktp-omsk.ru

Делаем сами
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Современные металлические сплавы

Современные металлические сплавы

27.03.2006 Тайны монетного двора

Небольшой ресторанчик за углом моего дома в последние годы приобрел популярность у молодоженов. Каждую субботу к его входу с трудом протискиваются вереницы машин, украшенных яркими лентами, а гости шумно встречают жениха и невесту. Летят конфетти, монетки и прочая мишура. К позднему вечеру свадьба отмечается столь шумным фейерверком, что перепутать ее с другим мероприятием просто невозможно.

На следующее утро, проходя мимо ресторанного подъезда, приходится поглядывать под ноги, чтобы не поскользнуться на разбросанных копеечках. Причем пару бомжей, сшибающих рядом по рублю «на опохмелку», эти красивые блестящие монетки совсем не волнуют.

Старинная русская поговорка «копейка рубль бережет» с 90-х годов явно списана в архив…

Технологии и материалы

Деньги, как и процесс их изготовления, занимали и занимают умы многих людей. Металлурги – не исключение, тем более что к металлическим деньгам они имеют прямое отношение. Поскольку золотые и серебряные монеты давно перекочевали в запасы банков, коллекционеров и нумизматов, то роль монетных сплавов взяли на себя никель, медь, алюминий и множество цветных сплавов.

В современных условиях на первый план вышел баланс износостойкости монет в процессе обращения и их защищенность от подделки. Эквивалент по стоимости (когда-то соблюдавшийся для монет из драгметаллов), ушел на задний план.

Платежеспособность денег ныне обеспечивает Центробанк (и власти) государства. А фактическая цена денег, как себестоимость их производства, стремительно пошла вниз. Затраты на выпуск современных бумажных банкнот в мире заметно ниже 1% от их номинала, а металлических разменных монет в среднем составляют около 15%. К примеру, при недавней массовой эмиссии монет евро она составила 4-17% от их номинала.

Фактически все современные технологии и используемые материалы нацелены на дальнейшее снижение себестоимости монет, при сохранении необходимой стойкости к коррозии, износу и защите от подделки.

Предел экономии – выпуск бумажных денег параллельно монетам. Пример – китайский фынь (1/100 юаня), существующий и в алюминиевом, и бумажном вариантах (номиналы в 1, 2 и 5 фыней). Защита таких монет и купюр от подделки слаба, однако неплохо обеспечивается контролем сложного массового сбыта подобных денег.

Сейчас на ведущих монетных дворах мира, помимо традиционной штамповки из алюминия или прочих металлов, все более распространяются монометаллические монеты сложного состава и биметаллические, чаще плакированные.

Плакированной называется монета, ядро которой состоит из недорогого металла (обычно из стали), полностью или только на главных сторонах имеющая слой-покрытие из более стойкого металла или сплава.

Технологически этот процесс осуществляется путем горячей прокатки стального листа между двумя листами тонкого проката цветного металла (сплава). В результате образуется сравнительно прочное (биметаллическое) соединение, т. е. прокат со стойким покрытием толщиной до 100 мкм. Далее этот полуфабрикат поступает на вырубку и чеканку монет. В России такой технологией производятся современные монеты в 1 и 5 копеек (сталь, плакированная мельхиором), а также монеты в 5 рублей (медь, плакированная мельхиором).

Более сложные технологии («бортик» сбоку) обеспечивают чеканку монет сразу из двух видов сплавов. Пример – российская монета в 10 рублей (центр – латунь, бортик – мельхиор). «Биметаллические на вид» монеты очень привлекательны, однако заметно более дороги. В целом для всех новых видов монет технологическая компонента себестоимости начинает приближаться к основным затратам производства на дорогие монетные сплавы и металлы.

Невзирая на секретность точного состава российских монет (доступного любой металловедческой лаборатории) они весьма близки к известным сплавам, особенно по их стоимости. Для расчетных оценок состав монет номиналом в 10 и 50 коп. принят как латунь марки Л68, для монет в 1 и 2 руб. – как сплав МНЦ 18-20, для плакировочных покрытий монет 1, 10 коп. и 5 руб. – как мельхиор МН25. Толщина плакировочных покрытий наших монет близка к норме ЕС (около 30 мкм) и США (до 50 мкм).

Отметим, что в отличие от России, химический состав сплавов, использующихся для выпуска монет в ЕС и США, точно и широко известен. Чем, кстати, не преминули воспользоваться западные экономисты – они подсчитали, что изготовление каждого металлического доллара образца 1971 г. («Эйзенхауэровский доллар») обходилось казне США в 8 центов, но с введением монеты образца 1979 г. («доллар Энтони») было успешно снижено до 3 центов (в ценах того времени). Эта оценка касается только стоимости материалов, поскольку полная себестоимость выпуска монет не афишируется и на Западе.

Сколько стоят наши деньги?

Вопрос себестоимости наших монет вызывает наибольший интерес. Особенно если вспомнить про непрерывный и заметный рост цен на цветные металлы в последние годы.

Для понимания того, дорого или дешево обходится нам работа российского Монетного двора, целесообразно сравнение наших монет с монетами других стран.

В части китайской «мелочи» сравнение с российскими аналогами однозначно: наши монеты дороже на порядок-два. Оценим, для контроля, себестоимость производства металлических монет России с США и ЕС (см. таблицу 1).

Фактически, с учетом секретных технологических затрат, себестоимость производства монет еще выше, чем в оценках таблицы 1 на 30-50%.

Какие же можно выводы сделать из проведенных сравнений и оценок?

Вывод первый – сравнительно приятный.

По внешнему виду, используемым материалам и применяемым для чеканки монет технологиям мы не уступаем самым развитым странам. По внешнему виду (и износостойкости) наши 1, 5 и 10 копеек заметно превосходят 1, 2 и 5-ти центовые евро, а 5-ти рублевая монета может потягаться с 10, 25 и 50 центами доллара США. Наша «биметаллическая» монета в 10 рублей на порядок уступает по покупательной способности технологически схожим монетам в 1-2 евро, но не менее красива!

Вывод второй – закономерный

Чудес не бывает, за удовольствие «хорошо выглядеть» (на уровне западных стран) надо платить. Напомним, что платить за дорогостоящий цветной прокат и чеканку новых монет мы начали в кризисном 1997 году, в конце-концов закончившимся дефолтом 1998 года.

Невзирая на многие общегосударственные проблемы российские власти, включая Минфин (в состав которого входит Объединение «Гознак») и Центробанк РФ, традиционно не могут экономить. Или не хотят?

Вывод третий — наименее оптимистичный

С ростом цен на цветные металлы наши Монетные дворы (Объединения «Гознак») все в большей степени выпускают дорогостоящий цветной лом. Если западным странам удается удерживать затраты на производство монеты ниже ее номинала, то нам – нет. Причем разрыв этот неуклонно нарастает. Фактически всю нашу мелочь номиналом ниже 50 копеек уже можно смело ставить в один ряд с золотыми червонцами или серебряными долларами – стоимость материала, из которого они изготовлены, намного превышает нанесенный на них номинал.

Наши монетки в 1, 5 и 10 копеек – кандидаты на очередной мировой рекорд. Себестоимость их производства превысила номинал на порядок!

Эту ситуацию подтверждают и официальные источники — в интервью «Известиям» 31.01.06 г. первый заместитель председателя Банка России Георгий Лунтовский сказал буквально следующее: «…хочу заметить, что убыточны практически все низкономинальные монеты. Конечно, если бы ЦБ учитывал только свои интересы, то мы бы пошли по пути, по которому пошел ряд стран, — отказались бы от чеканки мелкой монеты. Тем более что монеты, выпущенные в обращение, в кассы банков фактически не возвращаются».

Кстати, сколько же именно «не возвращается в кассы банков»?

Опираясь на статистику ЦБ РФ, достаточно легко определить объем металлической денежной массы «на руках» и годовую эмиссию. Согласно отчетам ЦБ РФ от 01 октября 2004 и 2005 гг., количество монет за этот период выросло с 21,1 млрд экз. до 24,9 млрд экз.

Аналогичные темпы эмиссии монет сохраняются многие годы, а наши финансисты полагают, что население продолжает копить наши красивые монеты. Весьма сомнительно, особенно в части копеек…

На текущее производство «исчезающих» монет в РФ затрачивается, как минимум, 1,1 млрд рублей (около $40 млн) в год только по затрачиваемым материалам. Если же попытаться учесть стоимость прочих затрат (зарплата, оборудование, инкассация и т. п.), то эта цифра вырастет минимум вдвое.

Подобное положение сохраняется не первый год, и, видимо, всех устраивает. Немереные заплаты Центробанка и Минфина РФ выплачиваются регулярно, а производство «Гознака», ставшее заметным потребителем никеля и меди в стране, устойчиво работает.

Кого волнуют эти монеты, если эмиссия бумажных денег Центробанком РФ вдвое выше. К примеру, в период с октября 2004 г. по октябрь 2005 г. она превысила 35%. Впрочем, это уже об инфляции и совсем другая статья…

СПЛАВЫ

СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов (см. табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава – распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в кристаллах.

Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечисляются наиболее важные сплавы промышленного значения и указываются основные области их применения.

Сталь.

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. См. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ.

Чугун.

Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала. См. также МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ.

Сплавы на основе меди.

В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Свинцовые сплавы.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (

70 ° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.

Легкие сплавы.

Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.

Алюминиевые сплавы.

К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175 ° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.

Магниевые сплавы.

Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.

Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов. См. также СВАРКА.

Титановые сплавы.

Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600 ° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.

Читать еще:  Как соединить трубу пнд с полипропиленовой, металлической трубой

Титановые сплавы ковки до температур около 1150 ° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430 ° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.

В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4 представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с указанием получаемых при этом свойств.

Бериллиевые сплавы.

Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит. См. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ и статьи по отдельным металлам.

Современные металлические сплавы

Металлы и сплавы


В промышленности металлы применяются в основном в виде сплавов: черных (чугун, сталь) и цветных (бронза, латунь, дюралюминий и др.)

.
Сталь и чугун — это сплавы железа с углеродом. Но в стали содержание углерода немного меньше, чем в чугуне.

В чугуне содержится от 2 до 4% углерода. В состав чугуна входят также кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун — хрупкий твердый сплав. Поэтому его используют в тех изделиях, которые не будут подвергаться ударам. Например, из чугуна отливают радиаторы отопления, станины станков и другие изделия.

Сталь, как и чугун, имеет примеси кремния, фосфора, серы и других элементов, но в меньшем количестве.
Сталь не только прочный, но и пластичный металл. Благодаря этому она хорошо поддается механической обработке. Сталь бывает мягкой и твердой.


Более твердая сталь используется для изготовления проволоки, гвоздей, шурупов, заклепок и других изделий.

Из очень твердой стали делают металлические конструкции (конструкционная сталь) и режущие инструменты (инструментальная сталь). Инструментальная сталь имеет большую, чем конструкционная, твердость и прочность.

Добавление в сталь таких элементов, как хром, никель, вольфрам, ванадий, позволяет получить сплавы с особыми физическими свойствами — кислотостойкие, нержавеющие, жаропрочные и т. д.

Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах. Руду вместе с коксом (специально обработанным углем, который дает при горении высокую температуру) загружают в доменную печь сверху. Снизу в домну все время вдувают чистый горячий воздух, чтобы кокс лучше горел. Внутри печи образуется высокая температура, руда плавится, и полученный чугун стекает на дно печи. Расплавленный металл вытекает из отверстия домны в ковши. Из смеси чугуна со стальным ломом в мартеновских печах, конверторах и электропечах получают сталь.


Из цветных сплавов наиболее широко применяются бронза, латунь и дюралюминий.

Бронза — желто-красный сплав на основе меди с добавлением олова, алюминия и других элементов. Отличается высокой прочностью, стойкостью против коррозии. Из бронзы отливают художественные изделия, делают сантехническую арматуру, трубопроводы, детали, работающие в условиях трения и повышенной влажности.

Латуньсплав меди с цинком, желтого цвета. Имеет высокую твердость, пластичность, коррозийную стойкость. Выпускается в виде листов, проволоки, шестигранного проката и применяется чаще всего для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности.

Дюралюминийсплав алюминия с медью, цинком, магнием и другими металлами, серебристого цвета. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, хорошо обрабатывается. Дюралюминий широко применяют в авиастроении, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Основные свойства металлов

Вы знаете, что металлы обладают различными свойствами. Одни из них мягкие, вязкие, другие твердые, упругие или хрупкие. Знать свойства металлов необходимо для того, чтобы правильно определить наиболее подходящий для того или иного изделия материал.

Физические свойства.

К этим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления.

Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах.
Металлы различаются по цвету. Например, стальсероватого цвета, цинксиневато-белого, медьрозовато-красного.
При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.

Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем не окисленного.

Удельный весвес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах. Например, углеродистая сталь имеет удельный вес, равный 7,8 г/см3. В авто- и авиастроении вес деталей является одной из важнейших характеристик, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими. Чем больше удельный вес металла, тем более тяжелым (при равном объеме) получается изделие.

Теплопроводностьспособность металла проводить тепло — измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за 1 мин. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.

Температура плавлениятемпература, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. У стали, например, температура плавления гораздо более высокая, чем у олова.

Чистые металлы плавятся при одной постоянной температуре, а сплавы — в интервале температур.

Механические свойства.

К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость.
Эти свойства обычно являются решающими показателями, по которым судят о пригодности металла к различным условиям работы.

Прочность способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.

Твердостьспособность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела. Если ударить молотком по кернеру, поставленному на стальную пластинку, образуется небольшая лунка. Если то же самое сделать с пластинкой из меди, лунка будет больше. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругостьсвойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов. Попробуйте одновременно растянуть и отпустить пружины из стальной и медной проволоки. Вы увидите, что первая вновь сожмется, а вторая останется в том же положении. Значит, сталь более упругий материал, чем медь.

Пластичностьспособность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.

Вязкостьспособность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Например, если наносить удары по чугунной плите, она разрушится. Чугун — хрупкий металл. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

Топ металлов будущего

Гибкая сталь и клыки для Росомахи

Гибкая сталь и клыки для Росомахи

Microlattice — никелевая «кость»

Американские ученые по заказу авиаконцерна Boeing создали новый сверхлегкий металлический материал. Он получил название Microlattice (ultralight metallic microlattice) — ультралегкая металлическая губка. Материал этот, в прямом смысле слова, невесомый: если положить его на одуванчик, то цветок останется невредим. Однако при всей кажущейся хрупкости Microlattice может выдерживать огромные по сравнению со своим весом нагрузки. Причина в его необычном строении — на 99,99% материал полый, и, по сути, состоит из воздуха, что напоминает строение другого прочного «материала» — человеческой кости.

Основа Microlattice — это переплетенные между собой трубки, их толщина в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. При этом и сами трубки изнутри полые. Первые образцы нового материала были сделаны из сплава фосфора и никеля, нанесенного на полимерную губчатую основу. Возможности применения Microlattice практически безграничны. В частности, появление материала было на «ура» встречено авиационной промышленностью, ведь изготовленные из ультралегкого материала компоненты самолета сократят общую массу лайнера, что поможет существенно сэкономить на топливе.

Microlattice — как это сделано?

Гибкая и легкая сталь

В последние десятилетия сталь как материал для производства стремительно теряла популярность. И это не удивительно, сталь — материал прочный, но при этом очень тяжелый, именно поэтому ее не используют, например, в авиастроении. На первый взгляд решить эту проблему несложно: можно добавить в сплав более легкий алюминий. Эксперименты показали: это и в самом деле значительно уменьшает массу стального сплава, однако материал получается очень хрупким. Такой металл нельзя согнуть — в какой-то момент он просто ломается.

Над решением этой задачи еще с 70-х годов прошлого века бились ученые по всему миру. Сравнительно недавно хорошие новости пришли из Южной Кореи, где был получен новый стальной сплав — легкий и в то же время прочный. Для этого ученые воздействовали на структуру сплава алюминия-стали на наноуровне, а также добавили в него немного никеля. Не приходится сомневаться, что вскоре эта разработка получит повсеместное применение, ведь новый сплав обладает тем же коэффициентом удельной прочности, что и титан, но при этом стоит в десять раз дешевле.

Пластмассовый металл

Материал, соединяющий в себе податливость пластмассы и прочность металла, был создан в Йельском университете. Он получил название BMG (от bulk metallic glasses). Уникальность разработки в том, что при низких температурах и давлении материал подобно пластмассе смягчается, а также способен переходить в текучее состояние.

Такими свойствами BMG обладает благодаря своей структуре: ее основу составляют так называемые «аморфные металлические стекла». Это сплав по своим свойствам похожий на обычный металл, но при этом способный принимать различные формы, как пластик. Именно это сочетание качеств делает BMG одним из лучших материалов для создания миниатюрных и сложных по форме предметов и устройств, таких как медицинские импланты или элементы микроэлектроники.

Сплавы драгоценных металлов в ювелирных изделиях

Особенности золота

Чтобы понять, что означает ювелирный сплав, достаточно узнать, что ни одно золотое украшение на 100% не состоит из золотой руды. Обычно в состав включены элементы серебра, меди, платины, цинка, кадмия и никеля. Чем больше платины и серебра в золотой смеси, тем белее ювелирные изделия. А медь дает красный оттенок, придавая украшениям необходимую прочность.

Фиолетовым золото становится, когда включают алюминий и галлий. А голубой оттенок получается при добавлении рубидия и индия. Яркий синий цвет дают включения стали. А зеленый получают при помощи сочетания кадмия и серебра.

Ученые до сих пор экспериментируют с включением различных металлов в золотой «раствор» для получения уникальных оттенков. При этом оптимальным содержанием чистого золота для драгоценностей считается 58,5%.

Особенности серебра для ювелирных изделий

Думаете, из чего состоит серебряный ювелирный сплав? Чаще всего он включает серебро, алюминий и никель. Причем вспомогательные компоненты нужны не только для увеличения показателя прочности, но и для снижения окисления металла. Чистая руда быстро становится черной из-за взаимодействия с кислородом.

Интересный факт. Серебряный ювелирный сплав изобрели более 6000 лет назад. Уже в Древней Индии высокой популярностью пользовались украшения из серебра. А на Руси женщины специально носили серебряные кольца на руках, так как считалось, что данный металл убивает микробов во время дойки коров.

Современный «раствор» из серебра обладает высокой пластичностью, плавится при температуре в +960,5 ⁰С. Металлу свойственна высокая тепло- и электропроводность.

Пробы и маркировки

Для создания уникальных украшений используют не только золото и серебро. К самым популярным сплавам в ювелирном деле относят:

  1. Золотые варианты с пробами 958, 750, 585, 500 и 375. Такие изделия могут включать медь, серебро, цинк и другие примеси для получения нужного оттенка. Твердость плавления зависит от вспомогательных компонентов. К примеру, если включить алюминий в соотношении 78,5% на 21,5%, выходит пурпурно-фиолетовый оттенок, известный среди ювелиров как «Аметистовое золото».
  2. Сплавы из серебра, меди и других компонентов. Оптимальные пробы в ювелирном деле 925, 875 и 916. В промышленности используют варианты с 999, 960, 830 и 800 маркировкой. Пластичность и теплопроводность серебра лежит в основе его широкого применения при создании радиодеталей.
  3. Платиновые сплавы имеют пробу 950, 900 и 850. Этот благородный металл обладает высокой устойчивостью к коррозии. «Чистые» украшение из платины ценятся даже дороже золотых вариантов.
  4. Сплавы с палладием только набирают популярность среди покупателей и ювелиров. Этот драгоценный металл имеет пробы 850 или 500. Он обладает уникальным матовым белым цветом. При этом палладий не вызывает аллергии, в отличие от золота, где может содержаться никель.

В списке сплавов, применяемых в ювелирном деле, указаны метрические пробы. Они считаются общепризнанными в России. Введение такой маркировки датируется 1927 годом. Основана система на процентном содержании чистого драгоценного металла относительного общего веса сплава.

Какие металлы используют в бижутерии

Сплавы драгоценных металлов для ювелирных изделий имеют строгую маркировку, и их качество отслеживается на государственном уровне. А вот для изготовления бижутерии используют различные металлы, украшая их напылением из серебра и золота или полудрагоценными камнями. Стоимость таких изделий намного меньше, поэтому их чаще приобретают молодые люди для ежедневной смены стиля.

К основным металлическим «смесям», используемым для создания дизайнерской бижутерии, относят:

  1. Мельхиор — сплав меди, никеля, марганца и железа. Уникальный состав был известен ювелирам еще в 3 веке до нашей эры, и называли его тогда «белой медью». Чаще всего из такого металла изготавливают уникальную посуду и браслеты.
  2. Бронза получается из смеси олова и меди. Такой слав пользовался спросом во времена Бронзового века. Именно в тот период их сплава выливали оружие, украшения, посуду и предметы быта. Современные бронзовые сплавы относятся к высокотехнологичным материалам, которые «разбавляют» цинком, никелем, алюминием, фосфором и другими компонентами для получения уникальных свойств.
  3. Нейзильбер — сплав из меди, никеля и цинка. Большое количество никеля дает белый красивый цвет, чем-то напоминающий натуральное серебро. Нередко именно из этого материала производят государственные награды и медали. А также его часто применяют для получения красивой ювелирной филиграни и финифти.
  4. Пьютер — материал на базе олова. Ювелирные изделия из такого металла не содержат свинца и никеля, поэтому не вызывают аллергических реакций. Сплав идеально подходит для литья и легко поддается обработке. Впервые материал был обнаружен в египетской гробнице, чья дата основания датируется 1450 г. до нашей эры.
  5. Латунь — популярный материал для создания украшений и сантехнических изделий. Он получается путем смеси меди, цинка и вспомогательных компонентов. Известна латунь была уже в Древнем Риме.

Чтобы бижутерия смотрелась как изделия из ювелирного драгоценного сплава, на нее наносят специальное покрытие (гальваническое). Это распространенный способ золочения, позволяющий использовать минимального количество драгметаллов для создания красоты и блеска.

Читать еще:  Как крепить поликарбонат к металлическому каркасу

Как выбрать ювелирные изделия по сплаву

Применение различных сплавов в ювелирном деле очень широко, поэтому часто бывает сложно разобраться во всех бирках и пробах. Если вы хотите получить действительно дорогое и качественное изделие, обратите внимание на следующие нюансы:

  1. Оптимальное содержание золота в сплаве — 58,5%, на что указывает проба 585. Такие изделия не чернеют и не теряют своего блеска. Помимо пробы в прямоугольной выемке рядом должен быть штамп с изображением профиля женщины в кокошнике. Эта маркировка обязательна для отечественных украшений.
  2. Самый ценный серебряный сплав — 925 пробы, где серебра 92,5%. Такие изделия не гнутся и не плавятся. Чернеть они могут при постоянном контакте с водой. Поэтому серебряные кольца и серьги лучше хранить отдельно в шкатулке, снимая на время водных процедур и сна.
  3. Платиновый сплав не столь популярен, но если вы его найдете в ювелирном салоне, посмотрите, в какой форме сделано углубление под пробой. Это должен быть многоугольник с цифрами по центру. Оптимальной для драгоценностей считается проба 900 и 950.

Важно! Помимо пробы и клейма на самом изделии к украшению обязательно должна прилагаться бирка. В ней содержится много информации о производителе и поставщике. А также с 2020 года будет нанесен специальный штрих-код, который расскажет всю «историю» изделия.

Советы аллергикам

Маленький секрет от ювелиров. Если вы страдаете аллергией на золото, скорее всего она вызвана наличием никеля в составе украшений. Чтобы не портить себе настроение невозможностью носить драгоценности, обратите внимание на платиновые сплавы. Они также красивы и дороги, как и золото. Среди них есть драгоценности с бриллиантами, сапфирами и другими самоцветами.

Если позволяют финансы, можно купить изделия из палладия. Они отличаются прочностью и долговечностью. И также украшаются драгоценными камнями. А если палладий и платина не по карману, можно выбрать ажурные серебряные изделия. Их очень много представлено во всех ювелирных магазинах страны.

Что должно быть на бирке

Вне зависимости от типа ювелирного сплава, к каждому изделию обязательно прилагается бирка, закрепленная на нервущуюся леску или нитку с печатью производителя. На самой этикетке содержатся сведения о типе металла, количестве карат в драгоценных камнях и место их добычи. Дополнительно может быть прописан вариант обработки и дата изготовления.

Металлы в самолетостроении: сталь, алюминий, композиты

Все эти годы при выборе материалов для воздушных суден конструкторы и авиастроители принимали во внимание сочетание множества факторов, начиная от требований к функциональным характеристикам самолета, заканчивая минимизацией затрат на производство и дальнейшее обслуживание. Но основным «двигателем прогресса» оказалось стремление разработчиков уменьшить массу надежных металлических аппаратов.

Именно снижение значений этого параметра обеспечивает необходимый уровень безопасности пилотов, пассажиров, грузов и самого самолета, его производительность, оптимальное использование топлива и дальность полета. Пока современная конструкторская мысль «остановилась» на расширении использования композитов в авиастроении. Эти материалы дают идеальное соотношение между весом самолетов и устойчивостью к усталости и коррозии и позволяют снизить затраты на техобслуживание.

Самолеты из стали

Как заставить металл летать? Пионеры авиастроения горячо обсуждали этот вопрос с момента, когда в 1903 г. самолет братьев Райт впервые поднялся в воздух. Он был очень легким – из дерева, ткани и небольшого количества стальной проволоки. Поэтому авиаконструкторам начала XX века идея оторвать от земли надежный, но тяжелый металлический аппарат казалась нереализуемой – ни с точки зрения финансов, ни технически. Казалась всем, кроме одного. Немецкий инженер Хуго Юнкерс, наверное, сумел заглянуть в будущее. Он осознал, что в скором времени самолеты захотят эксплуатировать не только военные или спортсмены, впереди – послевоенные времена массовых гражданских и грузовых авиаперевозок. Новые области применения требовали совершенно иных материалов для изготовления самолетов.

Революцией в авиастроении стал легендарный самолет J1, который современники в шутку называли Blechesel — «жестяной осёл». Это был первый самолет в истории, полностью выполненный из металлопроката, не просто сконструированный и построенный, но и сумевший подняться в воздух. Первоначально Хуго Юнкерс пытался выбить бюджет из немецкого военного министерства. Но там идею сочли провальной. Поэтому разработчик вложил в проект собственные средства, вырученные от работы фирмы по продаже прозаичных газовых колонок. Так домохозяйки опосредованно профинансировали эволюционный скачок в развитии авиастроения. Правда, со временем военные заинтересовались Юнкерс J1 и в 1915 г. приехали на летные испытания аппарата. Его металлический корпус вызвал скепсис – представители министерства были уверены, что взлететь самолету не удастся. Легкий разбег J1 по взлетной полосе, не отличимый от движений его деревянных предшественников, вызвал фурор в рядах наблюдателей.

Самолет оторвался от полосы, взлетел, развернулся, зашел на посадку и благополучно приземлился. J1 так и остался экспериментальным – вояки «придрались» к скорости подъема, маневренности и полезной нагрузке. Эти показатели для их задач были недостаточными. По сути, авиационная сталь, действительно, оказалась слишком тяжелым металлом для самолетов. Моноплан Юнкерса летал с трудом и при взлетном весе более одной тонны мог взять на борт груз весом всего 110 кг. Но, тем не менее, революционный прорыв Юнкерса поставил авиастроение на путь материальной эволюции, которая продолжается и по сей день.

Что касается советского авиастроения, то в СССР была выпущена довольно большая серия самолетов «Сталь», которые использовались как транспортные и почтовые. В целом, советские конструкторы и авиаторы столкнулись с теми же проблемами, что и немцы. Другое дело, что в 20-30 г.г. прошлого века, когда в мире уже начали массовый выпуск самолетов из алюминия (о нем немного ниже), в СССР были проблемы с производством собственного сырья. Поэтому, во избежание излишней импортозависимости, Советы выпускали самолеты из авиационной стали сравнительно долго, вплоть до середины 30-х г.г.

А нынешние самолетостроители ценят сталь за ее прочность, твердость и устойчивость к высоким температурам. Подобные свойства делают этот металл идеальным материалом для изготовления шасси, обшивки некоторых самолетов, петель, кабелей, крепежей и других деталей. Обычно сталь составляет 11-13% от всех материалов, которые используются при производстве современных самолетов.

Самолеты из алюминия

Но вернемся к Хуго Юнкерсу. Дабы удовлетворить запросы военного министерства, немецкий авиаконструктор обратил пристальное внимание на алюминий, легкий и прочный материал. В течение последующих лет на Junkers & Co. из него создали целую линейку военных самолетов. Это были штурмовики и истребители, отлично зарекомендовавшие себя во время военных кампаний Второй мировой, к несчастью СССР и союзников. Лавровый венок в гражданской авиации достался легендарномуF13. Этот первый в мире алюминиевый пассажирский самолет был выпущен в серийное производство в 1919 г. и долго эксплуатировался по всему миру.

Схожие с Хуго Юнкерсом усилия предпринимал за океаном американец Генри Форд, который стал отцом не только знаменитых автомобилей, но и воздушного судна Ford Trimotor в 1925 г. (первооткрыватели даже судились за авторство идей, использованных при создании летательных аппаратов). Стоит упомянуть и модель Douglas DC-3, выпущенную в 1935 г. американской Douglas Aircraft Company. Комфортабельное для пассажиров, быстрое, удобное и надежное в эксплуатации и обслуживании воздушное судно до сих пор (!) используется авиакомпаниями по всему миру — вот убедительное доказательство того, насколько безупречным может быть аппарат, полностью выполненный из алюминия. Этот материал и самолеты из него послужили началом эры междугородной пассажирской авиации.

Сам же алюминий и его сплавы до сих пор являются очень популярным сырьем для производства коммерческих самолетов благодаря своей высокой прочности при сравнительно низкой плотности. Сейчас в самолетостроении используется преимущественно высокопрочный сплав 7075, содержащий в т.ч. медь, магний и цинк. При этом алюминиевые детали составляют до 80% от массы самолета. Кстати, из-за высоких антикоррозийных свойств детали из алюминия вполне могут быть неокрашенными. Правда, при высоких температурах алюминий теряет в прочности, поэтому при производстве обшивки его в чистом виде не используют.

Самолеты из композиционных материалов

А в авиастроении, тем временем, началась эра создания и применения искусственно созданных композиционных материалов, свидетелем которой являемся сейчас и мы с вами. В качестве основы композиции используются волокна стали, стекла, графита, нитевидные кристаллы окиси алюминия, железа и т.д. Матрица же материала выполняется либо из сплавов металлов (того же алюминия, титана, магния) либо из синтетических смол, например, эпоксидной или полиэфирной. После соединения основы и матрицы путем прессования, литья или другими способами композитный материал получает не только свойства составляющих его элементов, но и совершенно новые характеристики, которые и подкупают авиаконструкторов.

Скажем, масса деталей из композитов составляет примерно пятую часть от массы точно таких же деталей, сделанных из алюминия. При этом композиты превосходят последний по эксплуатационным характеристикам – они прочнее и гибче. К тому же со временные композиционные материалы нетоксичны, а изделия из них не требуют какого-либо дополнительного ухода.

В авиастроении композиты применяются очень широко – при производстве высоконагруженных деталей и двигателей. Если посмотреть на долю использования композиционных материалов, скажем, в Боингах, то в самых ранних моделях их порядка 5%. Сейчас доля композитов в общей массе самолетов компании может доходить до 50%. Кроме того, в компании смело экспериментируют с металлами, создавая новые композиции с уникальными свойствами. К примеру, microlattice из никеля и фосфора, занесенный в Книгу рекордов Гиннеса как самый легкий металл в мире – он весит в 100 раз меньше, чем пенопласт. Предполагается, что в дальнейшем из microlattice можно будет сделать и искусственное легкое, и крыло самолета.

Результаты подобных экспериментов, на первый взгляд, кажутся экзотичными. Тем не менее, у них есть вполне практический смысл. Дело в том, что материалы, используемые в авиастроении, должны, с одной стороны, обладать довольно обширным набором свойств и характеристик. С другой стороны, их цена не должна быть заоблачной. Как мы видим, природного сырья, которое отвечало бы этим требованиям, не так и много. Поэтому поиск новых композитов продолжается, а старые добрые сталь и алюминий продолжают покорять небеса, каким бы невероятным это не казалось всего каких-то сто лет назад.

5 особенностей металлических порошков для 3D-печати

Одно из важных преимуществ 3D-печати металлами – возможность создать изделие из практически любого сплава. Помимо стандартных металлов существует широкая номенклатура специальных сплавов – уникальных высокотехнологичных материалов, которые производятся под определенные задачи заказчика.

Процесс 3D-печати металлами заключается в последовательном послойном сплавлении металлических порошков при помощи мощного излучения иттербиевого лазера. В индустрии используется несколько различных наименований одного и того же процесса, в том числе селективное лазерное плавление (SLM).

Ведущий мировой производитель, применяющий селективное лазерное плавление, – немецкая компания SLM Solutions. Аддитивные установки этой компании, в зависимости от функциональных возможностей и решаемых задач, могут быть задействованы и как лабораторные установки с гибкими настройками и возможностью быстрой смены материалов для 3D-печати, и как производственные машины для серийного изготовления.

Промышленные установки SLM Solutions: SLM 125, SLM 280 2.0, SLM 500, SLM 800
Профессиональный 3D-принтер Sharebot MetalOne

Основные преимущества 3D-печати металлами:

  • высокие показатели плотности: в 1,5 раза выше, чем при литье;
  • возможность создания миниатюрных и геометрически сложных объектов и других неповторимых форм в виде закрытых бионических структур;
  • широкий выбор металлических сплавов, как стандартных, так и специальных;
  • сокращение циклов производства и ускорение выхода готовой продукции.

Сферы применения:

  • авиакосмическая индустрия;
  • машиностроение;
  • автомобилестроение;
  • нефтегазовая отрасль;
  • электроника;
  • медицина;
  • пищевая промышленность;
  • исследования и экспериментальные работы в конструкторских бюро, научных и учебных центрах.
Смотрите видео: как происходит селективное лазерное плавление

Виды металлов, применяемых в аддитивном производстве

Современные аддитивные технологии предполагают использование около двадцати протестированных и готовых к эксплуатации материалов, в их числе – инструментальные, нержавеющие, жароупорные сплавы, алюминиевые и титановые сплавы, медицинские кобальт-хром и титан.

Поскольку металлов очень много, и каждый из них обладает определенными свойствами, один металл можно заменить другим исходя из технологических задач. К примеру, если в технологической цепочке необходимо задействовать титановый сплав, то технолог сможет выбрать один из множества титановых сплавов с теми свойствами, которые нужны для производства конкретного изделия.

  • Нержавеющие сплавы: 15-5PH, 17-4PH, AISI 410, AISI 304L, AISI 316L, AISI 904L

В эту категорию входят сложнолегированные стали с содержанием хрома (не менее 12%). Оксид хрома образует на поверхности металла коррозионностойкую пленку, которая может разрушаться под воздействием механических повреждений или химических сред, но восстанавливается в результате реакции с кислородом. Нержавеющие сплавы применяются при производстве клапанов гидравлических прессов, арматуры крекинг-установок, пружин, сварной аппаратуры, работающей в агрессивных средах, и изделий, используемых при высоких температурах (+550…800°C).

  • Инструментальные сплавы: 1.2343, 1.2344, 1.2367, 1.2709

Основное предназначение инструментальных сплавов – изготовление различных видов инструментов (режущих, измерительных, штамповых и др.), вкладок в пресс-формы при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов на крупносерийном производстве, пресс-форм для литья под давлением сплавов алюминия, цинка и магния. Эти сплавы содержат как минимум 0,7% углерода и обладают повышенной твердостью, износостойкостью, вязкостью, теплопроводностью и прокаливаемостью.

Никель обладает способностью растворять в себе многие другие металлы, сохраняя при этом пластичность, поэтому существует множество никелевых сплавов. Например, в соединении с хромом они широко применяются в авиационных двигателях, из них изготавливают рабочие и сопловые лопатки, диски ротора турбин, детали камеры сгорания и т.п. Наиболее жаропрочными являются литейные сложнолегированные сплавы на никелевой основе, которые выдерживают температуры до +1100°C в течение сотен и тысяч часов при высоких статических и динамических нагрузках.

  • Кобальт-хром: CoCr

CoCr представляет собой высококачественный кобальт-хромовый сплав для модельного литья, соответствующий современным техническим требованиям. Благодаря отличным механическим свойствам он хорошо подходит для изготовления корпусов сложной геометрии в электронике, пищевом производстве, авиа-, ракето- и машиностроении, а также кламмерных протезов.

  • Цветные металлы: CuSn6, CuSn10

Сплавы из меди и олова обладают высокими теплопроводящими свойствами и коррозионной стойкостью и идеальны для создания уникальных систем охлаждения.

Это наиболее дешевые из литейных сплавов. К их преимуществам относятся высокая коррозионная стойкость, жидкотекучесть, электро- и теплопроводность. В промышленности используются, как правило, для изготовления крупногабаритных тонкостенных отливок сложной формы.

  • Титановые сплавы: Ti6Al4V, TiGd.II, Ti6Al7Nb

Ti6Al4V – наиболее распространенный сплав титана с превосходными механическими свойствами. Считается самым прочным и жестким титановым сплавом, отличается особо высокой сложностью обработки. Имеет плотность 4500 кг/м и прочность на разрыв более 900 МПа. Сплав Ti6Al4V предоставляет неоспоримые преимущества в плане снижения веса изделий в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и судостроение. Эти металлы применяются, в частности, при изготовлении вкладок в пресс-формы, турбинных лопаток, камер сгорания, а также изделий, предназначенных для работы при высоких температурах (до +1100°C).

Особенности металлических порошков

  1. Металл для аддитивных установок выпускается в виде мелкодисперсных сферических гранул с величиной зерна от 4 до 80 микрон. Этот показатель определяет толщину объекта, который будет выращен в аддитивной установке. При создании порошка задается величина и состав зерна, так как необходимо соблюсти определенное процентное соотношение крупных и мелких зерен. Таким образом определяется текучесть металла, проверяемая с помощью прибора Холла (воронки с калиброванным отверстием). Если у зерна будет слишком мелкая фракция, металл не будет течь через воронку и, соответственно, плохо подаваться на стол построения, а это напрямую влияет на равномерность получаемых слоев и качество выращиваемого изделия.

У каждой компании, производящей данный тип 3D-принтеров, свои требования к текучести в зависимости от принципа нанесения материала на платформу построения. В аддитивных установках SLM Solutions (технология SLM) металл на рабочий стол подается и сверху, из фидера (камеры с материалом), и переносится рекоутером. В этом случае текучесть очень важна для того, чтобы порошок поступал из фидера в рекоутер и слои наносились должным образом (см. схему построения изделий на рисунке выше).

Разным металлам требуется разная термообработка, и иногда для этого используются специально подогреваемые платформы. В процессе построения, при плавлении металла, вырабатывается большое количество тепла, которое нужно отводить. Роль радиаторов, отводящих тепло, выполняют поддержки, применяемые при построении изделий. В некоторых случаях сама деталь без поддержек приваривается к рабочему столу, как к радиатору.

Читать еще:  Мастер-класс по декупажу на дереве: Как сделать имитацию металла

Структура металлических изделий, полученных аддитивным способом, зависит как от технологии построения, так и от настроек оборудования. Ведущие производители добились плотности металла порядка 99,9% от теоретической. Наряду с селективным лазерным плавлением существуют и менее эффективные, уже устаревшие технологии, сходные с методом SLS, которые обеспечивают меньшую плотность.

  • Внутренняя структура металла – мелкозернистая. Если в дальнейшем мы собираемся уплотнить деталь, то есть воздействовать на нее физически, надо учитывать, что маленькое зерно сжать гораздо сложнее, чем большое. Но при этом мы очень близко подходим к прокатному металлу – т.е. к металлу, который уже уплотнили. Плотность изделий, напечатанных на 3D-принтере, на 10-15% ниже, чем при прокате, но примерно на 50% выше, чем у литейных металлов.
  • Читайте истории внедрения:

    Вопросы безопасности при работе на металлических 3D-принтерах

    Как известно, металлы, попадающие в человеческий организм в микроскопических дозах, полезны. В макродозах они несут опасность для здоровья – получить отравление металлами очень легко, а кроме того, порошки взрывоопасны. При дисперсности порошка от 4 микрон он проникает сквозь поры кожи, органы дыхания, зрения и т.д. В связи с этим при работе на металлических 3D-принтерах необходимо строго соблюдать технику безопасности. Для этого предусмотрена защитная спецодежда – костюм, перчатки и обувь. Аддитивные машины, как правило, комплектуются пылесосом для удаления основного порошка, однако и после его использования некоторая взвесь металлов остается.

    Производители стремятся улучшить условия безопасности, и сейчас наблюдается тенденция по созданию на аддитивном производстве так называемых закрытых циклов, т.е. полностью герметичных помещений, за пределы которого порошок не попадает. Оператор работает в специальной одежде, которая затем утилизируется.

    Потенциал 3D-печати металлами

    Итак, мы выяснили, что современные технологии позволяют получить порошок для 3D-печати металлом с определенными свойствами для решения конкретных производственных задач. А так как распылению можно подвергнуть практически любые металлы, то и номенклатура металлических материалов для 3D-принтеров чрезвычайно обширна.

    Достижения металлургии в полной мере реализуются в аддитивном производстве, позволяя использовать уникальные сплавы для изготовления геометрически сложных изделий повышенной точности, плотности и повторяемости. В то же время, внедрение металлических аддитивных установок имеет и сдерживающие факторы, главный из которых – высокая стоимость порошков.

    3D-печать металлами обладает серьезным потенциалом для повышения эффективности производства во многих отраслях промышленности и используется все большим числом компаний и исследовательских организаций. Пример для всемирной индустрии показывают такие промышленные лидеры, как General Electric, Airbus, Boeing, Michelin, которые уже перешли от изготовления единичных металлических изделий к серийному аддитивному производству.

    Статья опубликована 23.01.2018 , обновлена 30.04.2021

    Современные металлические сплавы

    Как бороться с коррозией? Приемов и средств много. Чем может быть уменьшена или практически устранена коррозия? Нанесением защитных покрытий, например лакокрасочных; введением в потнециально корродирующую среду ингибиторов, например хроматов, нитритов, арсенитов; применением коррозионностойких материалов.

    Однако в каждом случае приходится решать каким из средств или в каком их сочетании можно получить наибольший экономический эффект. Современная наука о коррозии металлов и борьбе с ней достигла серьезных успехов, которые кратко описаны выше. В настоящее время в производство вводятся новые, непрерывно нарастающие объемы металлоизделий и соответственно растут ежегодные убытки, исчисляемые миллионами тонн прокорродировавшего металла и сотнями миллиардов рублей, затраченных на борьбу с коррозией. Перечисленные факты делают дальнейшие исследования в этой области науки крайне актуальными и важными подробнее>>

    Современная защита металлов от коррозии базируется на следующих методах:

    1. повышение химического сопротивления конструкционных материалов,
    2. изоляция поверхности металла от агрессивной среды,
    3. понижение агрессивности производственной среды,
    4. снижение коррозии наложением внешнего тока (электрохимическая защита).

    Эти методы можно разделить на две группы. Первые два метода обычно реализуются до начала производственной эксплуатации металлоизделия (выбор конструкционных материалов и их сочетаний еще на стадии проектирования и изготовления изделия, нанесение на него гальванических и иных защитных покрытий). Последние два метода, напротив, могут быть осуществлены только в ходе эксплуатации металлоизделия (пропускание тока для достижения защитного потенциала, введение в технологическую среду специальных добавок-ингибиторов) и не связаны с какой-либо предварительной обработкой до начала использования.

    При применении первых двух методов не могут быть изменены состав сталей и природа защитных покрытий данного металлоизделия при непрерывной его работе в условиях меняющейся агрессивности среды. Вторая группа методов позволяет при необходимости создавать новые режимы защиты, обеспечивающие наименьшую коррозию изделия при изменении условий их эксплуатации. Например, на разных участках трубопровода в зависимости от агрессивности почвы можно поддерживать различные плотности катодного тока или для разных сортов нефти, прокачиваемой через трубы данного состава, использовать разные ингибиторы. подробнее—>

    Создание новых режимов защиты имеет особо важное значение для защиты готовых изделий, подвергающихся коррозионному разрушению.

    Широко распространенный метод гальванического (металлического) антикоррозионного покрытия при больших площадях и объемах обрабатываемых поверхностей становится экономически невыгодным, т.к. требует больших затрат на подготовку процесса. Поэтому различные лакокрасочные покрытия не случайно занимают важное место среди противокоррозионных покрытий. Широкое применение на практике этого способа защиты металлов объясняется удачным сочетанием необходимых для защиты от коррозии свойств (гидрофобности, водоотталкивания, низких газо- и паропроницаемости, препятствующих доступу воды и кислорода к поверхности металла), технологичности и возможности получения различных декоративных эффектов. Другое преимущество лакокрасочных покрытий — их ремонт осуществляется легче и с меньшими экономическими затратами. подробнее>>

    Однако, применение большинства широкораспространенных материалов влечет за собой ряд недостатков: неполное смачивание поверхности металла; нарушение адгезии покрытия к металлу, что может привести к накоплению электролита под защитным покрытием и усилит коррозию. Причиной повышения влагопроницаемости является также наличие пор на поверхности создаваемого покрытия. Тем не менее, лакокрасочное покрытие продолжает защищать металл от коррозии даже при частичном повреждении пленки, в то время как гальванические покрытия могут ускорять коррозию железа. подробнее>>

    С целью повышения долговечности строительных конструкций, зданий, сооружений проводятся работы в области улучшения противокоррозионной защиты.

    Широко применяются следующие основные решения защиты металлических конструкций от коррозии:

    Обработка коррозионной среды с целью снижения коррозионной активности. Примерами такой обработки могут служить: нейтрализация или обескислороживание коррозионных сред, а также применение различного рода ингибиторов коррозии;

    Электрохимическая защита металлов;

    Разработа и производство новых металлических конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости путем устранения из металла или сплава примесей, ускоряющих коррозионный процесс (устранение железа из магниевых или алюминиевых сплавов, серы из железных сплавов и т.д.), или введения в сплав новых компонентов, сильно повышающих коррозионную устойчивость (например хрома в железо, марганца в магниевые сплавы, никеля в железные сплавы, меди в никелевые сплавы и т.д.);

    Переход в ряде конструкций от металлических к химически стойким материалам (пластические высокополимерныме материалы, стекло, керамика и др.);

    Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей (исключение неблагоприятных металлических контактов или их изоляция, устранение щелей и зазоров в конструкции, устранение зон застоя влаги, ударного действия струй и резких изменений скоростей потока в конструкции и др.).

    Для гарантированной защиты от коррозии следует использовать материалы с максимальными показателями гидрофобности, водоотталкивания, низких газо- и паропроницаемости, препятствующих доступу воды и кислорода к поверхности металла. Такими материалами являются органосиликатные покрытия, которые производит ООО «Биохим» Их преимущества были по достоинству оценены потребителями практически во всех регионах России и стран СНГ и в первую очередь в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

    Органосиликатные композиции имеют высокую химическую стойкость, светостойкость, обладают гидрофобными свойствами, имеют низкое водопоглощение. Кроме того, они имеют высокие показатели по адгезии (усилие на отрыв пленки превышает 2,5 Мпа) к бетону, металлу, керамике, атмосферостойкости, морозостойкости и срокам эксплуатации (безремонтный срок эксплуатации — 15 лет). Поэтому ОСК незаменимы в качестве антикоррозионного покрытия для различных, прежде всего металлических, поверхностей. подробнее>>

    Вопросам проектирования антикоррозионной защиты строительных конструкций уделяют серьезное внимание как у нас в стране, так и за рубежом. Западные фирмы при выборе проектных решений тщательно изучают характер агрессивных воздействий, условия эксплуатации конструкций, моральный срок службы зданий, сооружений и оборудования. При этом широко используются рекомендации фирм, производящих материалы для антикоррозионной защиты и располагающих лабораториями для исследования и обработки защитных систем из выпускаемых ими материалов.

    В России накоплен определенный опыт проведения натурных обследований строительных конструкций промышленных зданий для определения скорости коррозионных процессов и методов защиты. Усилены рыботы в области повышения долговечности и улучшения противокоррозионной защиты строительных зданий и сооружений. Работы проводятся комплексно, включая натурные обследования, экспериментальные и производственные исследования и теоретические разработки. При натурных обследованиях выявляются условия работы конструкций, учитывающие особенности влияния на них нагрузок, температурно-влажностных и климатических воздействий, агрессивных сред. подробнее>>

    Актуальность решения проблемы противокоррозионной защиты диктуется необходимостью сохранения природных ресурсов, защиты окружающей среды. Эта проблема находит широкое отражение в печати. Издаются научные труды, проспекты, каталоги, устраиваются международные выставки с целью обмена опытом между развитыми странами Мира.

    Таким образом необходимость исследования коррозионных процессов является одной из наиболее важных проблем.

    Сплавы. 9 класс. Разработка урока

    Цель урока:

    • Дат ь понят ие о сплавах, их классификацией и свойст вах;
    • Познакомить с важнейшими сплавами их значением в жизни
    • общест ва и преимущест вом сплавов перед чист ыми мет аллами;
    • Обучать и развивать умение делат ь выводы;
    • Прививат ь и развиват ь навыки делового общения;
    • Развитие логического мышления;
    • Развивать кругозор;
    • Обучать и развивать умение самостоятельного поиска необходимой информации;
    • Развивать умение делать выводы, работать в коллективе, говорить на публике;
    • Воспитание эстетического вкуса

    Оборудование и материалы: Коллекции сплавов цветных и черных металлов (чугуны и стали, алюминий, медь), изделия из сплавов. Компьютер, мультимедийный проектор.

    Методы урока: Объяснение, рассказ, беседа, самостоятельная работа с учебником.

    Тип урока: комплексный.

    Дополнительное задание: за 2 – 3 недели до урока дается задание найти информацию о сплавах и сделать сообщение по плану:

    • История создания
    • Состав сплава
    • Его свойства
    • Применение

    Ход урока

    Вступительное слово учителя: Здравствуйте! Мы изучали с вами свойства металлов, особенности их строения, типа связи. Пришло время перейти к изучению новой способности металлов: образованию сплавов. Открываем тетради, записываем тему урока: «СПЛАВЫ».

    Но прежде чем прис тупить к изучению нового материала. Повторим ранее изученный. Часть учащихся работает по карточкам с заданиями разного уровня. Уровень 1 – на «3», уровень 2 – на «4», уровень 3 – на «5». Уровень выбираем самостоятельно. (См. приложение)

    Остальные беседуют со мной, получая за верный ответ карточки, по сумме которых мы выставляем оценки.

    Вопросы для обсуждения:

    1. Где элементы – металлы расположены в периодической системе?
    2. К каким электронным семействам относятся элементы – металлы?
    3. Сколько электронов имеют атомы металлов на внешнем электронном слое?
    4. Что называется металлической связью?
    5. Чем обусловлены физические свойства металлов?
    6. Какими физическими свойствами характеризуются металлы?
    7. Почему в химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей?
    8. Какие химические свойства характерны для металлов?
    9. Как реагируют металлы с кислотами?
    10. Как определить активность металла?

    (Задания разных уровней приведены в приложении.)

    Но в реальной жизни металлы в чистом виде встречаются редко, а в основном мы имеем дело со сплавами. Поэтому запишите тему урока: «Сплавы». И на этом уроке мы поговорим о сплавах, их особенностях, классификации, значением и применением в жизни общества. И в конце урока вы должны будете ответить на один вопрос: «Почему с течением времени человечество перешло от использования чистых металлов к использованию сплавов?»

    Давайте подумаем, с чем ассоциируется у вас слово сплав. (Сплавление чего-либо между собой). Совершенно верно. А на основании этого попробуйте дать определение металлического сплава. Если затрудняетесь, откройте ваши учебники на странице 267. (Металлические сплавы – материалы с металлическими свойствами, состоящие из двух и более компонентов, из которых хотя бы один – металл).

    Как вы думаете, как получают сплавы? (Смешиванием различных металлов в расплавленном состоянии). Хочу заметить, что в результате затвердевания смеси, возможно, образование нескольких видов сплавов.

    Виды сплавов
    Характеристика
    Пример

    Расплавленные металлы смешиваются в любых отношениях

    Ag иCu; Ag и Au; Cu и Ni

    При охлаждении смеси расплавленных металлов образуется сплав, состоящих из мельчайших отдельных кристалликов каждого металла

    Pb и Sn; Pb и Ag; Bi и Cd

    Расплавленные металлы образуют между собой химические соединения

    Cu и Zn; Ca и Sb; Pb и Na

    • Механическая смесь
    • Твердый раствор
    • Интерметаллическая смесь
    • Гомогенные
    • Гетерогенные

    По основному компоненту

    • Черные
    • Цветные

    По числу компонентов

    • Двойные
    • Тройные
    • Многокомпонентные
    • Тугоплавкие
    • Легкоплавкие
    • Коррозионно-устойчивые

    Ну а теперь самое время заслушать те сообщения, которые вы подготовили. В ходе рассказов вы будьте внимательны, смотрите на экран, в свои учебники, в коллекции на ваших с толах, а так же не забывайте заполнять таблицу:

    Название сплава
    Состав
    Основные свойства
    Применение

    Изготовление приборов и предметов быта

    Никель 67%, хром 15%, марганец 1,5 %

    Большое электрическое сопротивление, жаропрочность

    Изготовление электронагревательных приборов

    Слово учителя: Спасибо! А теперь попробуйте ответить на основной вопрос нашего урока: «Почему же люди стали использовать сплавы?»

    Учащиеся высказывают различные предположения, но в конечном итоге должны сделать следующие выводы:

    1. Сплавы обладают различными свойствами, поэтому есть возможность создать сплав с нужными свойствами.
    2. Не смотря на то, что в состав сплавов входят металлы, обладающие определенным набором свойств (металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность), но свойства сплава сильно отличаются от свойств компонентов, входящих в него, что особенно ценно.

    Слово учителя: Сплавы состоят из металлов, которые в его составе сохраняют свои химические свойства. Например, взаимодействие с кислотами. Этот факт позволяет установить качественный состав сплава. И это мы проверим с помощью расчетных задач.

    Часть из них мы решим в классе, а часть пойдут в качестве домашнего
    задания:

    1. При действии избытка соляной кислоты на 60 граммов сплава меди и цинка выделился газ объемом 1.12 литра. Найдите массовые доли металлов в сплаве.
    2. При действии соляной кислоты на 500 граммов сплава серебра и магния выделился газ, объемом 112 литров. Найдите массовые доли металлов в сплаве.
    3. При действии разбавленной серной кислоты на 10 граммов сплава меди и алюминия, выделился газ, объемом 1.24 литра. Найдите массовые доли металлов в сплаве.

    В конце урока проводится оценивание деятельности учащихся и класса в целом, а так же сбор тетрадей некоторых школьников, с целью проверки правильности решения задач.

    Домашнее задание: Параграф 74, задачи

    1. Тугоплавкий металл вольфрам – неизменный материал для изготовления нитей накаливания, а карбид вольфрама состава WC – основа твердого сплава «Победит, из которого изготавливают сверла. Для получения порошкообразного вольфрама используют восстановление оксида вольфрама водородом. Рассчитайте тепловой эффект реакции, если на получение 1 кг. Вольфрама этим способом было потрачено 636 кДж теплоты. WO3 +2H2 = W + 3H2O
    2. Выплавка свинца, вероятно, была одним из первых металлургических процессов. В качестве природного сырья чаще всего использовали Галенит – природный сульфид свинца, который сначала обжигали, получая оксид свинца (II), а затем восстанавливали углем. Определите массу угля, необходимого для получения 40 кг. Свинца, если практический выход процесса восстановления равен 20%.

    Пользуясь дополнительной литературой, заполните схему – применение сплавов в различных отраслях.

    Как бы вы, продолжили фразу:

    • Сегодня на уроке…
    • Теперь я знаю…
    • Мне на уроке…
    • попробуйте определить настроение сегодняшнего урока, выберите его (на доске появляются «рожицы» с разным выражением): если вам было комфортно, понятно, то «рожица» 1, если настроение не изменилось – 2, если ухудшилось – 3.__
    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector