Литьё металлов – определение, процесс и виды
Литьё металлов — это производственный процесс, включающий плавку металлов и заливку их в формы для получения изделий определённой формы. Этот метод широко…
Металлы и совершенствование производственных процессов стали основой промышленной революции. Это привело к стремительному развитию человеческой цивилизации и сформировало современный мир. Сегодня различные виды металлов окружают нас повсюду — от компьютера, с которого вы читаете эту информацию, до крепежей в вашей сантехнике. В наше время используется более восьмидесяти различных видов металлов.
В природе существует огромное количество металлов. Их можно классифицировать по-разному, в зависимости от того, какое свойство или характеристику вы используете в качестве критерия.
Наиболее распространённый способ классификации — по содержанию железа.
Если металл содержит железо, он называется черным металлом. Железо придает материалу магнитные свойства, но также делает его подверженным коррозии. Металлы, не содержащие железа, относятся к цветным. Они не обладают магнитными свойствами. Примеры цветных металлов: алюминий, свинец, латунь, медь, цинк и другие.
Также металлы могут классифицироваться по атомной структуре согласно периодической таблице. В этом случае металл может относиться к щелочным, щелочноземельным или переходным металлам. Элементы одной группы ведут себя схожим образом при взаимодействии с другими элементами, обладая похожими химическими свойствами.
Еще один способ различать металлы — по их взаимодействию с магнитами. Металлы можно разделить на магнитные и немагнитные на этом основании.
Ферромагнитные металлы сильно притягиваются к магнитам, парамагнитные проявляют слабое взаимодействие, а диамагнитные металлы демонстрируют слабое отталкивание от магнитов.
Все металлы обладают схожими механическими свойствами. Но при более детальном рассмотрении один металл может превосходить другой по тем или иным характеристикам. Свойства можно изменять при создании сплавов путем смешивания чистых элементов.
При выборе металла для конкретного применения учитывается множество факторов: температура плавления, стоимость, простота обработки, необходимый коэффициент запаса прочности, доступное пространство, температурный коэффициент, теплопроводность, электропроводность, плотность и др. Давайте рассмотрим популярные металлы и причины их выбора для определенных задач.
Без преувеличения, железо можно назвать основой нашей цивилизации. Около 5% земной коры состоит из железа, поэтому его легко добывать. Однако чистое железо — нестабильный элемент: оно быстро реагирует с кислородом воздуха, образуя оксид железа.
Добыча железа из руды осуществляется в доменных печах. На первом этапе получают чугун, который затем очищают до чистого железа. Чистое железо в основном используется для производства стали и других сплавов. Почти 90% производимых металлов — это черные металлы.
Сталь, например, является черным металлом и применяется в самых различных сферах. Нельзя понять всю значимость железа, не зная о стали.
Чистое железо прочнее многих других металлов, но имеет ряд недостатков. Во-первых, оно подвержено коррозии, и для его защиты необходимы значительные затраты. Во-вторых, железо очень тяжёлое из-за высокой плотности, что усложняет строительство и обслуживание конструкций.
Добавление углерода частично устраняет эти недостатки. Сплав железа с углеродом в определённых пропорциях называется углеродистой сталью. Углерод придаёт стали прочность и ряд других полезных свойств.
В сталь могут также добавляться и другие элементы в небольших количествах для получения нужных характеристик. Давайте рассмотрим классификацию сталей и их возможности.
Сталь — популярный строительный материал благодаря своим уникальным свойствам. Сегодня насчитывается более 3500 марок стали. Она обладает высокой пределом прочности на разрыв и отличным соотношением прочности к массе. Это позволяет использовать более лёгкие и компактные детали без потери прочности.
Сталь также очень долговечна — стальные конструкции служат дольше и лучше противостоят внешним воздействиям. Кроме того, сталь пластична и может принимать требуемую форму без потери свойств. В зависимости от содержания железа сталь подразделяется на три категории.
Хотя все перечисленные стали называются углеродистыми, в них также добавляются другие элементы для улучшения свойств — например, хром для повышения коррозионной стойкости или марганец для улучшения прокаливаемости и прочности.
Этот тип стали содержит несколько элементов для улучшения различных свойств. В качестве легирующих добавок используют марганец, титан, медь, никель, алюминий, а также кремний — металлоид, который улучшает прочность и магнитные характеристики.
Легирующие элементы улучшают прокаливаемость, свариваемость, коррозионную стойкость, пластичность и технологичность стали. Легированные стали используются для изготовления электродвигателей, подшипников, нагревательных элементов, пружин, шестерён и трубопроводов.
Применение инструментальной стали включает производство рельсов, проводов, труб, валов и клапанов. Она востребована в автомобильной, судостроительной, строительной и упаковочной промышленности.
Помимо черных металлов, существует широкий спектр цветных. Каждый из них обладает уникальными свойствами, определяющими их применение в разных отраслях.
Алюминий получают в основном из руды боксита. Он лёгкий, прочный и функциональный. Алюминий — самый распространённый металл на Земле, и его применение охватывает практически все сферы деятельности.
Среди его свойств: долговечность, малый вес, коррозионная стойкость (подробнее о видах коррозии алюминия здесь), высокая электропроводность и способность образовывать сплавы с большинством металлов. Алюминий не намагничивается и легко обрабатывается.
Говоря о различных металлах, нельзя не упомянуть медь и её сплавы. Медь известна человечеству с древнейших времен благодаря простоте обработки. Даже сегодня она занимает важное место в промышленности. В природе медь в чистом виде не встречается, поэтому требуется выплавка из руды.
Медь — один из лучших проводников электричества, уступая только серебру. Благодаря отличной электропроводности она широко используется в электротехнике. Медь также обладает высокой теплопроводностью, поэтому из неё изготавливают посуду.
Медь подвержена особому виду коррозии, в результате которой образуется характерная сине-зелёная патина. Этот налёт не только придаёт меди эстетичный вид, но и служит защитным слоем от дальнейшей коррозии.
Латунь — это сплав меди и цинка. Соотношение этих металлов варьируется в зависимости от требуемых электрических и механических свойств. Также в латунь добавляют небольшие количества других элементов, таких как алюминий, свинец, марганец. Латунь идеально подходит для узлов с низким коэффициентом трения: замков, подшипников, сантехники, музыкальных инструментов, инструментов и фитингов. Она незаменима в средах, где необходима взрывобезопасность — для предотвращения искр и работы во взрывоопасных условиях.
Бронза — это тоже сплав меди, но вместо цинка в ней содержится олово. Добавление других элементов, например, фосфора, марганца, кремния или алюминия, позволяет улучшить свойства бронзы под конкретные задачи. Бронза твёрдая, хрупкая, устойчива к усталостным нагрузкам, обладает хорошей электропроводностью, теплопроводностью и коррозионной стойкостью. Бронза используется для производства зеркал и отражателей, электрических соединителей. Благодаря устойчивости к коррозии, она применяется в судостроении и для подводных деталей.
Титан — важный инженерный металл благодаря своей прочности и малому весу. Он устойчив к высоким температурам до 480°C. Благодаря этим свойствам титан широко используется в аэрокосмической промышленности. Военная техника — ещё одно направление применения. Титан также устойчив к коррозии, что позволяет использовать его в медицине, химической промышленности и производстве спортивных товаров.
Оцинкованная сталь
Цинк — широко распространённый металл, востребованный в медицине и промышленности. Основное его применение — оцинковка стали для защиты от коррозии. Также цинк используется для производства литых деталей для электротехнической, приборостроительной и автомобильной промышленности. Благодаря низкому электрохимическому потенциалу цинк применяется в морской среде для предотвращения коррозии других металлов путем катодной защиты. Жертвенные цинковые аноды защищают клапаны, трубопроводы и резервуары.
Свинец легко обрабатывается и устойчив к коррозии. Его используют для изготовления труб, красок и других изделий. Ранее свинец применяли как антидетонационную добавку в бензине, но выяснилось, что его соединения вызывают серьёзные проблемы со здоровьем. Сегодня свинец всё ещё широко используется в боеприпасах, автомобильных аккумуляторах, радиационной защите, противовесах, оболочках кабелей и других сферах.
