СПЛАВИ Печат

СПЛАВИ

Сплавите са твърди и течни системи, обра­зувани при сплавянето на два или повече компонента, обикновено метали. Формално към сплавите спадат въобще всички систе­ми, които се получават при сплавянето (стапянето) на каквито и да е вещества. Примери за неметални сплави са естествените скали — гранит, гнайс, базалт, а също силикатните стъкла, металургичните шлаки и др. Но най-голямо практическо значение имат метални­те сплави и сравнително новите сплави с полупроводникови свойства.

Още в дълбока древност хората забеляза­ли, че сплавите в повечето случаи имат по-полезни свойства, отколкото съставящите ги чисти метали. Бронзът има по-голяма здра­вина от съставящите го мед и калай. Стома­ната и чугунът са по-здрави от технически чистото желязо.

Свойствата на сплавите зависят не само от състава, но и от начините на механичната и топлинната им обработка: закаляване, коване и др. Чак до края на XIX в. търсе­нето на нови практически полезни сплави е ставало чрез изпробване. Едва на границата на XIX — XX в. в резултат на фундаментал­ните открития в областта на физикохимията възниква учението за зависимостите между свойствата на металите и свойствата на обра­зуваните от тях сплави, за влиянието на ме­ханични, топлинни и други въздействия вър­ху тях. Появяват се многобройните диагра­ми на състоянието, диаграмите „състав —свойство" за различни системи, както двойни, така и многокомпонентни. Основни изслед­вания на сплавите и техните свойства са про­ведени от П. П. Аносов, Д. К. Чернов, Н. С. Курнаков, У. Робертс-Остен, Ф. Осмонд, А. Льо Шателие, Г. Таман, X. Розебом, Дж. Гибс. На последния принадлежи откриването на най-общите закони на химичното равнове­сие, no-специално правилото на фазите.

Диаграмата на състоянието описва характера на взаимодействието между компонентите на сплавта: образуването на твърди разтвори, химични съединения, меха­нични смеси; наличието на фазови превръ­щания в твърдо състояние и др. Това дава възможност да се предвидят много физични свойства на бъдещата сплав (твърдост, здра­вина, електропроводност и т.н.) и тяхното изменение в зависимост от температурата и състава. През последните години за опре­деляне свойствата на сплавите учените из­ползуват методите на математическото моде­лиране на системите и на процесите.

Сплавите се класифицират по различен начин в зависимост от това, какви критерии се считат за главни. Така в зависимост от броя на компонентите сплавите се делят на двойни, тройни и многокомпо­нентни. Делят се и в зависимост от броя на фазите: еднофазови (твърди разтвори, между-метални съединения) и много фазови (хетеро фазови). Но най-често сплавите се подразде­лят според елементите, които съставят тяхна­та основа: медни сплави, алуминиеви, титанови, никелови и др. Някои сплави имат и свои названия: бронз, месинг и др. Понякога в названието на сплавта фигурират особено ценните легиращи компоненти (добавки): берилиев бронз, волфрамова стомана и т.н.

Елементите, които съставят сплавите, мо­гат да влизат в химични взаимодействия помежду си, но има и такива сплави, които се образуват в резултат на физични процеси. Най-често протича и едното, и другото. При това се образуват множество преходни, междинни състояния, в които наред с разтво­ри се образуват и обособени кристали на отделните метали или на техните съединения. Така например сплавянето на желязо, волф­рам и на някои други метали с въглерод води до образуване не само на твърди разтво­ри на въглерода в метала, но и на химични съединения — карбиди. При това кристални­те структури на сплавите могат да бъдат и прости, и много сложни. В сплавите са разно­образни и типовете между атомни връзки: метална, ковалентна, йонна.

Разнообразието на състава, на типовете между атомни връзки и на кристалните струк­тури на сплавите обуславя значителното различие в техните физикохимични, електрични, магнитни, оптични, механични и други свойства. Така например сплавта на тантала с волфрам (8 %) и с хафний (2 %) запазва голяма здравина при температури до 2000 °С, а известната сплав на Ууд (50 % бисмут, 25 % олово, по 12,5 % калай и кадмий) се топи още при 68 °С.

Повечето от широко използваните в про­мишлеността конструкционни материали са сплави. При това 95 % от световната продук­ция на метали съставляват сплавите с основен метал желязо — най-евтиният и достъпен ме­тал. Това са стомана, чугун, феросплави.

Повечето от съвременните сплави се упо­требяват във вид на дребнозърнести поли-кристали. Получават се обаче и сплави във вид на монокристали, които имат доста интересни свойства, но на практика се при­лагат ограничено поради сложното им полу­чаване.