Сплави

Сплав, заст. стоп — тверда або рідка однорідна речовина, утворена сплавленням (стопленням) кількох металів або металів з неметалами. Всі сплави, як і метали, у твердому стані зазвичай мають кристалічну будову.

Багато сплавів (наприклад, бронза, сталь, чавун) були відомі в далекій давнині й уже тоді мали велике практичне застосування. Технічне значення сплавів пояснюється тим, що багато їх властивостей (міцність, твердість, електричні характеристики) набагато кращі, ніж у чистих металів, що входять до їх складу.

Загальна характеристика

Елементи (метали і неметали), з яких складається сплав називаються компонентами сплаву. У сплаві крім основних компонентів можуть бути і домішки. Домішки бувають корисні, чи такі, що поліпшують властивості сплаву, або шкідливі, чи такі, що погіршують властивості сплаву. Домішки можуть бути випадковими, що потрапили у сплав при його створенні, і спеціальні, уведені для надання сплаву необхідних властивостей. Кристалічна будова сплаву є складнішою, ніж у чистого металу, і залежить від виду взаємодії його компонентів, які при кристалізації утворюють фази — однорідні об'єми металу, розмежовані поверхнями поділу. Компоненти у твердому сплаві можуть утворювати тверді розчини, хімічні сполуки та механічні суміші.

Твердий розчин — компоненти сплаву взаємно розчиняються один в одному. У твердому розчині один з компонентів, що входить до складу сплаву, зберігає властиву йому кристалічну ґратку, а другий у вигляді окремих атомів розподіляється усередині цієї ґратки, дещо змінюючи її розміри не міняючи форми. Тверді розчини утворює золото з сріблом, нікель з міддю, тощо. Розрізняють:

• тверді розчини заміщення;
• тверді розчини проникнення.

Механічна суміш — компоненти сплаву мають повну взаємну нерозчинність та різні кристалічні ґратки. За цих умов сплав буде мати неоднорідну (гетерогенну) структуру, що складається із суміші кристалів його компонентів. Наприклад, структура сплавів стануму з плюмбумом, які використовують як м'які припої, складається з кристалітів чистого олова та кристалітів чистого свинцю. Механічну суміш, яку утворюють два компоненти, що нездатні взаєморозчинюватись або утворювати хімічну сполуку при кристалізації з рідкого стану, називають евтектикою. Властивості таких сплавів будуть усередненими, виходячи з рівня властивостей компонентів та їхнього кількісного вмісту у сплаві.

Хімічна сполука (інтерметаліди) — компоненти сплаву вступають у хімічну взаємодію, при цьому утворюються нові кристалічні ґратки, відмінні від ґраток вихідних компонентів. До того ж, одні хімічні сполуки підлягають правилам звичайної валентності (наприклад, Mn₂Sn, Mg₂Pb тощо), а деякі не підлягають (наприклад, CuZn₃, Cu₃Sn, Fe₃C тощо). За надлишку одного з металів хімічні сполуки можуть утворювати як тверді розчини, так і механічні суміші.

Сплави можуть утворюватись не лише двома, але й більшою кількістю металів. Сплави з трьох металів звуть потрійними тощо. Крім того, до складу сплавів можуть входити й неметали — вуглець, фосфор, сірка тощо.

Склад, будову і властивості металевих сплавів вивчають металофізика і металознавство. Неметалеві сплави складаються з неметалевих речовин. До таких сплавів належать природні (базальт, гнейс, граніт) і штучні (скло, шлаки) силікати, сплави солей тощо.

Властивості сплавів

Своїми властивостями сплави різко відрізняються від чистих металів, з яких вони складаються.

Температура плавлення сплавів зазвичай є нижчою від такої металів, що входять до їхнього складу. Так, натрій і калій за певного складу утворюють сплав, що за звичайної температури є рідиною, хоча натрій топиться за 97.5 °С, а калій — за 62.3 °С.

Твердість сплавів, здебільшого, вища від твердості окремих металів, що їх утворюють. Наприклад, додаток 1 % берилію до міді збільшує твердість міді всемеро.

Ковкість і пластичність металів у сплавах зазвичай знижується. Тепло- й електропровідність металів у сплаввах теж меншає. Механічна міцність сплавів навпаки, здебільшого, зростає. Навіть незначні домішки іншого металу часто різко підвищують міцність сплаву.

Хімічні властивості металів у сплавах теж змінюються. Наприклад, додаючи до звичайної сталі 15—20 % хрому, отримують кислототривку сталь.

Класифікація

Металеві сплави, що є однією з найважливіших частин конструкційних матеріалів, бувають з металів (наприклад, латунь — сплав міді та цинку) або з металів і невеликої кількості неметалів (наприклад, сталь — сплав заліза з вуглецем). Їх класифікують:

• за кількістю компонентів — подвійні, потрійні тощо;
• за кількістю фаз — однофазні (твердий розчин або інтерметалеві сполуки) і багатофазні (гетерофазні);
• за металом основи — сплави чорних металів (метали й сплави на основі заліза, мангану, хрому) і сплави кольорових металів (наприклад, сплави алюмінію, сплави нікелю, сплави титану тощо).

За властивістю сплаву, що визначає основну область використання розрізняють: жароміцні сплави, жаротривкі сплави, термомагнітні сплави, ювелірні сплави, антифрикційні сплави, кислотостійкі, лугостійкі, сплави з особливими фізичними властивостями (прецизійні сплави). Є легкі, легкоплавкі, тверді, тугоплавкі, ливарні, деформівні, порошкові сплави. Назва деяких cплавів пов'язана з хімічним складом (наприклад, ніхром, фехраль тощо) або прізвищами винахідників (мельхіор).

Див. також

• Кристалізація сплавів
• Високоентропійні сплави

Джерела

• Алюміній та сплави на його основі: Навчальний посібник для студ. техн. вузів / Валентина Зиновіївна Куцова, Наталія Еміліївна Погребна, Тетяна Станіславівна Хохлова, Тетяна Михайлівна Миронова, Ольга Анатоліївна Носко; В.о. Нац. металург. акад. України.– Дніпропетровськ: Пороги, 2004.– 135 с. : іл.– 500 пр. — ISBN 966-525-487-1
• Кольорові метали і сплави / Віктор Леонідович Грешта, Олександр Володимирович Климов, Олена Володимирівна Лисиця.– Запоріжжя: ЗНТУ, 2015.– 335 с. — ISBN 978-617-529-123-8.
• Леговані сталі та сплави: навч. посіб. / Лідія Федорівна Руденко, Тетяна Павлівна Говорун, Сум. держ. ун-т.– Суми: Сум. держ. ун-т, 2012.– 170 с.– 300 пр.– Бібліогр.: с. 170 . — ISBN 978-966-657-431-5
• Леговані сталі та сплави з особливими властивостями: підручник / Валентина Зиновіївна Куцова, Максим Анатолійович Ковзель, Ольга Анатоліївна Носко; В.о. Нац. металург. акад. України.– Дніпропетровськ: НМетАУ, 2008.– 349 с.
• Ливарні сплави: навч. посібник для студентів ВНЗів / Борис Петрович Таран; В.о. Нац. техн. ун-т «Харківський політехнічний інститут».– Харків: НТУ «ХПІ», 2009.– 336 с.– 300 пр. — ISBN 966-593-758-6
• Міжелектронні кореляції, релятивістські й ангармонічні ефекти у сплавах перехідних металів: монографія / Д. О. Кукуста, І. М. Мельник, В. С. Харченко ; [відп. ред.: В. М. Антонов, В. А. Татаренко] ; НАН України, Ін-т металофізики ім. Г. В. Курдюмова. — Київ: Наук. думка, 2015. — 302 с. : іл. — (Проект «Наукова книга» (молоді вчені)). — Бібліогр.: с. 269—297 (188 назв). — ISBN 978-966-00-1503-6
• Основи металургійного виробництва металів і сплавів / Чернега Д. Ф., Богушевський В. С., Готвянський Ю. Я. та ін.; за ред. Д. Ф. Чернеги, Ю. Я. Готвянського. — К. : Вища школа, 2006. — 503 с. — ISBN 966-642-310-3
• Сплави з особливими властивостями / З. А. Дурягіна, О. Я. Лизун, В. Л. Пілюшенко. — Львів: Вид-во Національного університету «Львівська політехніка», 2007. — 236 с.
• Сплави системи залізо-кремній-комплексні властивості і структурні характеристики: навч. посіб. / Вячеслав Леонідович Зубов.– Дніпропетровськ: Нац. металург. акад., 2012.– 120 с.– 300 пр.– Бібліогр.: с. 112—118 . — ISBN 978-966-2596-11-3
• Сталі та сплави з особливими властивостями / Олександр Володимирович Климов, Юлія Іванівна Кононенко, Віктор Леонідович Грешта.– Запоріжжя: ЗНТУ, 2014.– 314 с. — ISBN 978-617-529-121-4.
• Воскобойников В. Г. Общая металлургия [Текст]: учебник для вузов / В. Г. Воскобойников, В. А. Кудрин, А. М. Якушев. — 6-изд., перераб и доп. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. — 768 с. — ISBN 5-94628-062-7.
• Кузьмин Б. А. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы: учебн. для мех. и машиностроительных техникумов / Кузьмин Б. А., Самохоцкий А. И. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Высшая школа, 1984. — 256 с.

Посилання

• Легкі сплави; Тугоплавкі сплави // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 116-117; 197. — ISBN 978-966-7407-83-4.
• Литі сплави //ЕСУ