Сплавы (металлов)

Определение "Сплавы (металлов)" в Большой Советской Энциклопедии

Сплавы металлов, металлические сплавы, твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов, а также металлов с различными неметаллами. Термин «Сплавы (металлов)» первоначально относился к материалам с металлическими свойствами. Однако с середины 20 в. в связи с бурным развитием физики и техники полупроводников и полупроводниковых материалов понятие Сплавы (металлов) расширилось и распространилось на Сплавы (металлов) элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений. Сплавы (металлов) даже при сравнительно простой кристаллической структуре часто обладают более высокими механическими и физическими свойствами, чем составляющие их чистые металлы, например твёрдые растворы Cu—Sn (бронза) или Fe—C (чугун, сталь). Два больших периода истории материальной культуры — бронзовый век и железный век — названы по тем металлам и Сплавы (металлов), из которых изготовлялись орудия труда, предметы вооружения и пр. Издавна было известно, что свойства Сплавы (металлов) зависят не только от их состава, но и от тепловой (например, закалка) и механической (например, ковка) обработки, Переход от поиска практически важных Сплавы (металлов) с помощью «проб и ошибок» к научным основам создания промышленных Сплавы (металлов) произошёл только в конце 19 — начале 20 вв., когда под влиянием быстро растущих запросов техники и идей физической химии возникло учение о зависимости между свойствами металлов и свойствами образованных из них Сплавы (металлов), а также о влиянии на них механических, тепловых, химических и др. воздействий (см. Металловедение, Металлография, Металлофизика, физико-химический анализ). Были построены диаграммы состояния и диаграммы состав — свойство для всевозможных комбинаций металлических систем, как двойных, так и многокомпонентных. Раскрываемый диаграммой состояния характер взаимодействия компонентов системы (образование твёрдых растворов, химических соединений, механических смесей, наличие фазовых превращений в твёрдом состоянии) позволяет предвидеть тип диаграмм состав — твёрдость, состав — электропроводность и др., получить представление о макроструктуре Сплавы (металлов) Во второй половине 20 в. внимание учёных в СССР и за рубежом всё больше сосредоточивается на проблеме предсказания характера взаимодействия элементов и свойств их Сплавы (металлов) При этом используются закономерности, вскрытые периодической системой элементов, успехи теории химической связи, достижения физики твёрдого тела и вычислительной техники. Разработка теории Сплавы (металлов) создала новые возможности развития промышленности, а также ряда отраслей новой техники. Современные промышленные Сплавы (металлов) — основная часть конструкционных материалов. При этом 95% мировой металлопродукции составляют Сплавы (металлов) на основе железа — самого дешёвого и доступного металла (сталь, чугун, ферросплавы). Всё больше элементов периодической системы Менделеева, до недавнего времени представлявших чисто научный интерес, находит практическое применение для легирования известных и создания новых Сплавы (металлов) с целью расширения диапазона свойств и областей применения.

Большое число всевозможных Сплавы (металлов) требует их классификации. Для неё существует теоретический и практический подход. В первом случае с точки зрения термодинамики химической (и фаз правила) Сплавы (металлов) классифицируют: а) по числу компонентов — на двойные, тройные и т. д.; б) по числу фаз — на однофазные (твёрдый раствор или интерметаллид) и многофазные (гетерофазные), состоящие из двух и более фаз. Этими фазами могут быть чистые компоненты, твёрдые растворы, фазы со структурой a-, b-, g-, e-латуни, b-вольфрама, типа Cu₅Ca, NiAs, CaF₂, сигма-фазы, фазы Лавеса (названы по имени нем. учёного Ф. Лавеса), фазы внедрения и др. Особенно ценны Сплавы (металлов) с очень тонкой гетерогенностью (см. Дисперсноупрочнённые материалы, Старение металлов); можно считать, что они лежат на границе между твёрдыми растворами и многофазными Сплавы (металлов) По практическому получению и применению принята следующая классификация Сплавы (металлов): а) по металлам — либо являющимся основой Сплавы (металлов) (Сплавы (металлов) чёрных металлов и Сплавы (металлов) цветных металлов, а также алюминиевые сплавы, железные сплавы, никелевые сплавы и т. п.), либо по добавленным в небольших количествах и придающим особо ценные свойства легирующим компонентам (бериллиевая бронза, ванадиевая, вольфрамовая и др. стали); б) по применению (для изготовления конструкций или инструментов) и свойствам — антифрикционные, жаропрочные, жаростойкие, износостойкие, лёгкие и сверхлёгкие, легкоплавкие, химически стойкие и многие другие, а также Сплавы (металлов) с особыми физическими свойствами — тепловыми, магнитными, электрическими (см. Прецизионные сплавы); в) по технологии изготовления изделий — на литейные (отливка жидких Сплавы (металлов) в формы); деформируемые (в холодном или горячем состоянии путём ковки, прокатки, волочения, прессования, штамповки); полученные методами порошковой металлургии (см. Спечённые материалы).

Для обозначения качественного состава выпускаемые в СССР Сплавы (металлов) маркируются (см. на примере медных сплавов, легированных сталей). Кроме того, многие Сплавы (металлов) имеют названия, связанные с различными их признаками: составом (например, нихром), особыми свойствами (например, инвар, константан). Сплавы (металлов) называют и по фамилиям изобретателей (Вуда сплав, мельхиор, монель-металл), названиям фирм (армко-железо) и др.

Свойства большинства Сплавы (металлов) определяются как составом, так и структурой Сплавы (металлов), зависящей от условий кристаллизации и охлаждения, термической и механической обработки. При нагреве и охлаждении изменяется структура Сплавы (металлов) (см. Макроструктура, Микроструктура), что обусловливает изменение механических, физических и химических свойств и влияет на поведение Сплавы (металлов) при обработке и эксплуатации. Выяснение (с помощью диаграмм состояния) возможных фазовых превращений в Сплавы (металлов) даёт исходные данные для анализа важнейших видов термической обработки (закалки, отпуска металлов, отжига, старения). Например, перед отжигом углеродистых сталей исходной структурой чаще всего является феррито-карбидная смесь; основное превращение, происходящее при нагревании, — это переход перлита в аустенит при температуре выше 727 °С («точка A₁»); закалка позволяет сохранить аустенитную структуру (т. н. закалка без полиморфного превращения, при которой происходит повышение прочности при сохранении пластичности Сплавы (металлов)). Типичный пример подобного поведения для алюминиевых Сплавы (металлов) — закаленный дуралюмин Д16. Реже встречаются Сплавы (металлов), у которых при закалке снижается прочность и сильно возрастает пластичность по сравнению с отожжённым состоянием. Типичный пример — бериллиевая бронза Бр. Б2 или нержавеющая хромоникелевая сталь X18H9. Для любых металлов или Сплавы (металлов), в которых при изменении температуры происходит полиморфное превращение основного компонента, при быстром охлаждении возможна закалка с бездиффузионным полиморфным превращением, которую обычно называют «закалкой на мартенсит». Мартенситное превращение, открытое при изучении закалки углеродистых и легированных сталей, как выяснилось впоследствии, является одним из фундаментальных способов перестройки кристаллической решётки, свойственным как чистым металлам, так и самым различным классам Сплавы (металлов): безуглеродистым Сплавы (металлов) на основе железа, сплавам цветных металлов, полупроводниковым соединениям и др. Современная термическая обработка металлов и Сплавы (металлов) включает не только собственно термическую, но и термомеханическую обработку, химико-механическую обработку и химико-термическую обработку. В процессе таких технологических операций, как литьё, сварка, горячая обработка давлением, Сплавы (металлов) могут побочно также подвергаться отдельным видам термического воздействия и изменять свои свойства.

Для установления и проверки свойств Сплавы (металлов) применяют различные методы контроля, в т. ч. разрушающего — испытания на механическую прочность и пластичность, жаропрочность (см. Механические свойства материалов), а также испытания на стойкость против коррозии(см. Коррозия металлов, Жаростойкость и др.), и неразрушающего (измерения твёрдости, электрических, оптических, магнитных и др. свойств). Состав Сплавы (металлов) определяется химико-аналитическими методами (см. Качественный анализ, Количественный анализ), с помощью спектрального анализа, рентгеноспектрального анализа и др. методов. Весьма эффективны для практического применения методы быстрого («экспрессного») химического анализа, используемые при производстве Сплавы (металлов), полуфабрикатов и изделий из Сплавы (металлов) Для исследования как самой структуры Сплавы (металлов), так и её дефектов используются методы физического металловедения. Различают макроскопические и микроскопические дефекты Сплавы (металлов) (см. Дефекты в кристаллах, Дефекты металлов).

Подавляющее большинство промышленных Сплавы (металлов) существует в мелкозернистом (в виде поликристаллов) состоянии; свойства таких Сплавы (металлов) практически изотропны (см. Изотропия). Получение Сплавы (металлов) в виде монокристаллов представляло чисто научный интерес. Лишь со 2-й половины 20 в. появилась необходимость в промышленном производстве Сплавы (металлов) в виде монокристаллов, т. к. в ряде областей новой техники могут быть использованы только монокристаллы (см. Полупроводниковые материалы).

Современные успехи науки о Сплавы (металлов) в значительной мере связаны с совершенствованием классических и разработкой новых физических методов исследования твёрдого тела (см. Рентгеновский структурный анализ, Электронная микроскопия, Нейтронография, Электронография и др. методы).Подробнее о методах получения Сплавы (металлов), их свойствах, значении и применении см. также статьи о различных Сплавы (металлов)

Лит.: Д. К. Чернов и наука о металлах, под ред. Н. Т. Гудцова, Л. — М., 1950; Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Смирягин А. П., Промышленные цветные металлы и сплавы, 2 изд., М., 1956; Курнаков Н. Сплавы (металлов), Избр. труды, т. 1—2, М., 1960—61; Колачёв Б. А., Ливанов В. И., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов, М., 1972; Бокштейн Сплавы (металлов) З., Строение и свойства: металлических сплавов, М., 1971; Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; Штейнберг Сплавы (металлов) Сплавы (металлов), Металловедение, М., 1961; Хансен М., Андерко К., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., 2 изд., т. 1—2, М., 1962; Диаграммы состояния металлических систем, в. 1—17, под ред. Н. В. Агеева, М., 1959—73; Савицкий Е. М., Бурханов Г. Сплавы (металлов), Металловедение тугоплавких металлов и сплавов, М., 1967; Эллиот Р. П., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., т. 1—2, М., 1970; Шанк Ф. А., Структуры двойных сплавов, пер. с англ., М., 1973; Физическое металловедение, под ред. Р. Кана, пер. с англ., т. 1—3, М., 1967—68; Горелик Сплавы (металлов) Сплавы (металлов), Дашевский М. Я., Материаловедение полупроводников и металловедение, М., 1973; Новиков И. И., Теория термической обработки металлов, М., 1974.
  Сплавы (металлов) А. Погодин, Г. В. Инденбаум.