Класифікація металу і сплавів

У сучасній промисловості використовується величезна кількість матеріалів. Пластик і композити, графіт та інші речовини ... Але метал завжди залишається актуальним. З нього роблять гігантські будівельні конструкції, він використовується для створення різноманітних машин та іншої техніки.

А тому класифікація металу грає в промисловості і науці важливу роль, оскільки, знаючи її, можна підібрати найбільш відповідний тип матеріалу для тієї чи мною мети. Саме цій темі і присвячена ця стаття.

Загальне визначення

Металами називаються прості речовини, які в звичайних умовах характеризуються наявністю кількох відмінних ознак: високу теплопровідність і провідністю електричного струму, а також ковкістю. Пластичні. У твердому стані характеризуються кристалічною будовою на атомарному рівні, а тому мають високі показники. Але є ще й сплави, які є їх похідними. Що це таке?

Так називаються матеріали, отримані з двох і більше речовин шляхом їх нагрівання понад температури плавлення. Врахуйте, що бувають сплави металеві та неметалеві. У першому випадку в складі повинно бути присутні не менше 50% металу.

Втім, не будемо відволікатися від тематики статті. Отже, яка ж буває класифікація металу? Загалом-то, ділити його досить просто:

1. Чорні метали.
2. Кольорові метали.

До першої категорії відноситься залізо і всі сплави на його основі. Всі інші метали є кольоровими, втім, як і їх з`єднання. Необхідно розглянути кожну категорію більш докладно: незважаючи на вкрай нудну загальну класифікацію, насправді все куди складніше. А якщо згадати, що існують ще дорогоцінні метали ... І вони теж бувають різними. Втім, класифікація дорогоцінних металів ще простіше. Всього їх налічується вісім штук: золото і срібло, платина, паладій, рутеній, осмій, а також родій і іридій. Найбільш цінними є платиноїди.

Власне, класифікація благородних металів і того нудніше. Так називаються (в ювелірній справі) все ті ж срібло, золото і платина. Втім, досить про «високі матерії». Пора поговорити про більш поширених і ходових матеріалах.

Почнемо ми з огляду різних сортів сталі, яка як раз таки є похідним самого ходового чорного металу - заліза.

Що таке сталь?

Це сплав заліза і деяких присадок, в якому міститься не більше 2,14% атомарного вуглецю. Класифікація цих матеріалів вкрай обширна, причому вона враховує: хімічний склад і способи виробництва, наявність або ж відсутність шкідливих домішок, а також структуру. Втім, найбільш важливою ознакою є хімічний склад, так як він впливає на марку і назву сталі.

Вуглецеві різновиди

У цих матеріалах взагалі немає легуючих добавок, але при цьому технологія їх виготовлення допускає деяку кількість інших домішок (як правило, марганцю). Так як вміст цих речовин коливається в межах 0,8-1%, якогось впливу на міцнісні, механічні та хімічні властивості стали вони не роблять. Використовується ця категорія в будівництві і виробництві різного інструменту. Зрозуміло, класифікація металу на цьому далеко не закінчена.

Конструкційні вуглецеві сталі

Найчастіше використовуються для зведення різних конструкцій промислового, військового або побутового призначення, але нерідко їх застосовують для випуску інструментів і механізмів. У цьому випадку вміст вуглецю в жодному разі не повинно перевищувати 0,5-0,6%. Вони повинні мати гранично високу міцність, яка визначається цілою когортою сертифікованих міжнародними агентствами випробувань (sigma-В, sigma-0,2, delta-, psi-, KCU, HB, HRC). Бувають двох видів:

• Звичайні.
• Якісні.

Як нескладно здогадатися, перші йдуть на будівництво різних інженерних конструкцій. Якісна ж конструкційна сталь використовується виключно для випуску надійних інструментів, що застосовуються в машинобудуванні та інших галузях промисловості і виробництва.

Що стосується цих матеріалів, то на їх поверхні допускається корозія металу. Класифікація же сталей інших типів передбачає наявність куди більш жорстких до них вимог.

Інструментальні вуглецеві сталі

Їх сфера - точне машинобудування, виготовлення інструментів для наукової сфери та медицини, а також інших промислових галузей, в яких потрібна підвищена міцність і точність. У них вміст вуглецю може коливатися від 0,7 до 1,5%. Такий матеріал зобов`язаний мати дуже високою міцністю, бути стійким до факторів зносу і гранично високих температур.

Леговані стали

Так називають матеріали, в яких, крім природних домішок, міститься значна кількість штучно додаються легуючих присадок. До них відноситься хром, нікель, молібден. Крім цього, в легованих сталях також може бути марганець і кремній, зміст яких найчастіше не перевищує 0,8-1,2%.

У цьому випадку класифікація металу увазі їх поділ на два типи:

• Стали з низьким вмістом присадок. В сумі їх буває не більше 2,5%.
• Леговані. У них добавок може бути від 2,5 до 10%.
• Матеріали з високим вмістом добавок (більше 10%).

Ці типи також поділяються на підвиди, як і в попередньому випадку.

Легована конструкційна сталь

Як і всі інші різновиди, активно використовуються в машинобудуванні, зведенні будинків та інших споруд, а також у промисловості. Якщо порівнювати їх з вуглецевими різновидами, то такі матеріали виграють за співвідношенням міцності, пластичності і в`язкості. Крім того, вони мають високу стійкість до впливу екстремально низьких температур. З них роблять мости, літаки, ракети, інструменти для високоточної промисловості.

Леговані інструментальні сталі

В принципі, за характеристиками дуже схожі з розглянутим вище типом. Можуть бути використані в наступних цілях:

• Виробництво ріжучих, а також високоточних вимірювальних приладів та інструментів. Зокрема, виробляють з цього матеріалу токарні різці по металу, класифікація яких безпосередньо залежить від стали: її марка обов`язково друкується на виробі.
• З них же роблять штампи для холодного і гарячого прокату.

Леговані сталі спеціального призначення

Як можна зрозуміти з назви, ці матеріали володіють якимись специфічними характеристиками. Наприклад, зустрічаються жароміцні і жаростійкі види, а також всім відома нержавіюча сталь. Відповідно, сфера їх застосування включає в себе виробництво машин та інструментів, які будуть працювати в особливо складних умовах: турбіни для двигунів, печі для виплавки металу та ін.

Будівельні стали

Стали з середнім вмістом вуглецю. Застосовуються для випуску найширшої номенклатури різних будівельних матеріалів. Зокрема, саме з них роблять профілі (фасонний і листовий), труби, куточки і т. Д. Очевидно, що при виборі певної категорії металу особливу увагу звертають на характеристики міцності сталі.

Крім того, ще задовго до будівництва всі характеристики багаторазово прораховуються на прикладі математичних моделей, так що в більшості випадків той чи інший вид прокату може бути виготовлений за індивідуальним вимогам замовника.

Арматурні сталі

Як ви напевно здогадалися, сфера їх застосування - армування блоків і готових конструкцій із залізобетону. Випускають їх у вигляді стрижнів або дроту з більшим діаметром. Матеріалом служить або вуглецева, або сталь з низьким вмістом легуючих присадок. Буває двох видів:

• Гарячекатана.
• Термічно і механічно зміцнена.

Котельні стали

Використовуються для випуску котлів і циліндрів, а також інших посудин та арматури, яким належить працювати в умовах підвищеного тиску при різних температурних режимах. Товщина деталей в цьому випадку може варіюватися від 4 до 160 мм.

Автоматні стали

Так називаються матеріали, які добре піддаються обробці шляхом їх розрізання. Мають також високою оброблюваністю. Все це робить таку сталь ідеальним матеріалом для автоматизованих ліній виробництв, яких з кожним роком стає все більше і більше.

Підшипникові стали

Ці види за своїм типом належать до конструкційних різновидам, але їх склад ріднить їх з інструментальним. Відрізняються високими характеристиками міцності і величезною стійкістю до зносу (стирання).

Нами були розглянуті основні властивості та класифікація металів цього класу. На черзі - ще більш поширений і відомий чавун.

Чавуни: класифікація та властивості

Так називається матеріал, що представляє собою сплав заліза і вуглецю (а також деяких інших присадок), причому вміст С коливається від 2,14 до 6,67%. Чавун, як і сталь, розрізняють по хімічному складу, способам виробництва і за кількісним обсягом міститься в ньому вуглецю, а також за сферами застосування у повсякденному житті та промисловості. Якщо в чавуні немає присадок, його називають нелегованої. В іншому випадку - легованим.

Класифікація за призначенням

1. Бувають граничними, які практично завжди використовуються для подальшої переробки в сталь.
2. Ливарні різновиди, використовувані для відливання виробів самої різної конфігурації і складності.
3. Спеціальні, за аналогією зі сталями.

Класифікація за типами хімічних добавок

Так як вміст вуглецю в різних типах цього матеріалу сильно варіюється, розрізняють також відразу декілька його різновидів:

• Білий чавун. Характеризується тим, що вуглець в його структурі пов`язаний практично повністю, перебуваючи там у складі різних карбідів. Його дуже легко відрізнити: на зламі він білий і блискучий, характеризується високою твердістю, але при цьому вкрай крихкий, з величезною працею піддається механічній обробці.
• Половинчастий вибілений. У верхніх шарах виливки від відрізняється від білого чавуну, в той час як серцевина її - сіра, що містить у своїй структурі велику кількість вільного графіту. Загалом-то, поєднує в собі ознаки обох типів. Досить міцний, але в той же час куди легше піддається обробці, та й з крихкістю справи йдуть значно краще.
• Сірий. Містить у своєму складі багато графіту. Міцний, досить зносостійкий, добре піддається обробці.

Ми не випадково робимо наголос на графіт. Справа в тому, що від його змісту і просторової структури залежить класифікація металів і сплавів в конкретному випадку. Залежно від цих характеристик вони діляться на перлітні, ферито-перлітною і ферритні.

Сам графіт в кожному з цих видів чавуну може бути присутнім в чотирьох різних формах:

• Якщо він представлений пластинками і «пелюстками», то ставиться до пластинчастої різновиди.
• Якщо в матеріалі є включення, які за своїм зовнішнім виглядом нагадують черв`яків, то мова йде про Вермикулярний графіт.
• Відповідно, різні плоскі, нерівномірні включення говорять про те, що перед вами - пластівчаста різновид.
• Сферичні, напівсферичні елементи характеризують кулясту форму.

Але і в цьому випадку класифікація металів і сплавів ще неповна! Справа в тому, що ці домішки, яким би дивним це не здалося, безпосередньо впливають на міцність матеріалу. Отже, в залежності від форми і просторового положення включень, чавуни поділяються на такі категорії:

• Якщо в матеріалі є вкраплення пластинчастого графіту, то це звичайний сірий чавун (СЧ).
• За аналогією з назвою «присадки», наявність вермікулярним частинок характеризує вермікулярним матеріал (ЧВГ).
• Пластівчасті включення містить ковкий чавун (КЧ).
• Кулястий «наповнювач» характеризує високоміцний чавун (ВЧ).

Вашій увазі була представлена коротка класифікація і властивості металів, які відносяться до «чорної» категорії. Як бачите, незважаючи на повсюдно поширена помилка, вони досить різноманітні, сильно розрізняються за своєю структурою і фізичними властивостями. Здавалося б, чавун - буденний і поширений матеріал, але ... Навіть він має кілька абсолютно різних видів, і деякі з них так само не схожі один на одного, як сам чавун і листова сталь!

Відходи - в доходи!

А чи є якась класифікація брухту чорних металів? Адже щороку у відвал йдуть мільйони тонн найрізноманітніших матеріалів. Невже вони скопом відправляються на переплавку, не пройшовши ніякої відбраковування і сортування? Зрозуміло, немає. Усього розрізняють дев`ять категорій:

• 3А. Стандартні відходи чорного металу, в тому числі і габаритні, особливо великі шматки. Вага кожного фрагмента - не менше кілограма. Як правило, товщина шматків не перевищує шести міліметрів.
• 5А. У цьому випадку лом негабаритний. Товщина шматків - більше шести міліметрів.
• 12А. Дана категорія має на увазі суміш двох вищеописаних різновидів.
• 17А. Лом чавунний, габаритний. Вага кожного шматка - не менше півкілограма, але не більше 20 кг.
• 19А. Аналогічний попередньому класу, але відходи негабаритні. Крім того, допускається деякий вміст фосфору в матеріалі.
• 20А. Чавунний лом, найбільш негабаритна категорія. Допускаються шматки по п`ять тонн вагою. Як правило, сюди входить демонтоване, списане промислове та військове обладнання. Як бачите, класифікація і властивості металів в цій категорії досить-таки однотипні.
• 22А. І знову негабаритний чавунний лом. Відмінність полягає в тому, що в цьому випадку до категорії відходів відноситься отслужившее і списане сантехнічне обладнання.
• Мікс. Змішаний брухт. Важливо! Не допускається вміст наступного типу: канати сталеві та дріт металева, а також оцинковані деталі.
• Оцинковка. Як зрозуміло з назви, сюди входить весь лом, у складі якого є оцинковані фрагменти.

Така була класифікація чорних металів. А зараз ми обговоримо їх кольорових «колег», які грають величезну роль у всій сучасній промисловості і виробництві.

Кольорові метали

Так називають всі інші елементи, які мають металеве атомарному будову, але при тому не належать до заліза і його похідних. В англомовній літературі можна зустріти термін "незалізній метал", який є синонімічним поняттям. Яка є класифікація кольорових металів?

Бувають такі групи, поділ яких йде відразу за кількома ознаками: легкі і важкі, благородні, розсіяні і тугоплавкі, радіоактивні та рідкісноземельні різновиди. Багато з кольорових металів взагалі відносяться до категорії рідкісних, так як їх загальна кількість на нашій планеті порівняно невелике.

Застосовуються вони для виробництва деталей і приладів, які повинні працювати в умовах агресивного середовища, тертя, або при необхідності (датчики, наприклад) володіти високим ступенем теплопровідності або провідності електричного струму. Крім того, вони затребувані у військовій, космічній та авіаційній галузях, де потрібна максимальна міцність при порівняно невеликій масі.

Зауважимо, що осібно стоїть класифікація важких металів. Втім, як такої її немає, але до складу цієї групи входить мідь, нікель, кобальт, а також цинк, кадмій, ртуть і свинець. З них в промислових масштабах використовується тільки Cu і Zn, про яких ми згадаємо надалі.

Алюміній і сплави на його основі

Алюміній, «крилатий метал». Розрізняють три його види (залежно від ступеня хімічної чистоти):

• Вища проба (особлива чистота) (99,999%).
• Висока чистота.
• Технічна проба.

Останній вид присутня на ринку у вигляді листів, різноманітного профілю і дроту з різним перерізом. Позначається в торгівлі як ПЕКЛО0 і АД1. Врахуйте, що навіть в алюмінії високої проби нерідко присутні вкраплення Fe, Si, Gu, Mn, Zn.

Сплави

Що являє собою класифікація кольорових металів в цьому випадку? В принципі, нічого складного. Існують:

• Дюралюмінію.
• Авіа.

Дюралюмінію називаються сплави, в які додають мідь і магній. Крім того, бувають матеріали, де в якості присадок використовується мідь і магній. Авіаль також називаються сплави, але вони містять набагато більше добавок. Основними є магній і кремній, а також залізо, мідь і навіть титан.

В принципі, це питання куди докладніше розглядає матеріалознавство. Класифікація металів ж на алюмінії і його видах не закінчується.

Мідь

На сьогоднішній день розрізняють мідь безкисневому (вміст чистого речовини 97,97%) і особливо чисту, вакуумну (99,99%). На відміну від інших кольорових металів, на механічні та хімічні якості міді надзвичайно сильно впливають навіть найдрібніші домішки якихось присадок.

Сплави

Діляться на дві великі групи. Матеріали ці, до слова, відомі людству вже не одну тисячу років:

• Латунь. Так називається з`єднання міді і цинку.
• Бронза. Мідний сплав, до складу якого входить вже не цинк, а олово. Втім, бувають і такі бронзи, в яких налічується до десяти присадок.

Титан

Метал цей рідкісний і дуже дорогий. Відрізняється низькою вагою, неймовірною міцністю, малою в`язкістю. Зауважимо, що поділяється на кілька видів: ВТ1-00 (в цьому матеріалі кількість домішок le- 0,10%), ВТ1-0 (обсяг присадок le- 0,30%). Якщо загальна сума сторонніх домішок le- 0,093%, то такий матеріал у виробництві називають іодідним титаном.

Титанові сплави

Сплави цього матеріалу діляться на два види: деформуються і лінійні. Крім того, розрізняють особливі їх підвиди: жаростойкие, підвищеної пластичності. Бувають ще зміцнюється і незміцнюється різновиди (залежить від термічної обробки).

Власне, нами була повністю розглянута класифікація кольорових металів і сплавів. Сподіваємося, що стаття була вам корисна.