Цветные металлы и сплавы презентация

Тугоплавкие металлы и сплавы
К тугоплавким относятся металлы, у которых температура плавления превышает 1700°С. Наибольшее применение получили металлы VA подгруппы – V, Nb, Ta и металлы VIA подгруппы – Cr, Mo, W, а также цирконий. Тугоплавкие металлы имеют прочные межатомные связи и отличаются высокими температурами плавления и рекристаллизации, малым тепловым расширением, небольшой теплопроводностью, высоким модулем упругости. Однако при высоких температурах тугоплавкие металлы (за исключением хрома) быстро окисляются.
Высокая температура плавления, большие значения энергии активации самодиффузии, слабая температурная зависимость модуля упругости – все это создает предпосылки для разработки на основе тугоплавких металлов сплавов, способных выдерживать большие нагрузки при повышенной температуре.

Физические свойства тугоплавких металлов

Механические свойства тугоплавких металлов

Механические свойства тугоплавких сплавов

Применение тугоплавких металлов и сплавов

Редкоземельные элементы
К группе редкоземельных элементов (РЗЭ) относится семейство из 14 эле­ментов с порядковыми номерами от 58 (церий) до 71 (лютеций): церий Ce, празеодим Pr, неодим Nd, прометий Pm, самарий Sm, европий Eu, гадолиний Gd, тербий Tb, диспрозий Dy, гольмий Ho, эрбий Er, тулий Tm, иттербий Yb, лютеций Lu. расположенных в VI периоде за лантаном и сходных с ним элементов по свой­ствам. Поэтому обычно в эту группу включают и лантан, а элементы называют лантаноидами Ln (т. е. подобные лантану). Кроме того, к лантаноидам примыка­ют химические аналоги лантана - элементы третьей группы скандий и иттрий. По физико-химическим свойствам лантаноиды сходны между собой. Это объясняется особенностями строения их электронных оболочек: по мере роста заряда ядра (увеличения порядкового номера) струк­тура двух внешних электронных уровней у атомов лантаноидов одинакова.

Некоторые свойства скандия, иттрия и лантана

Области применения редкоземельных элементов
Производство катализаторов (самарий,тербий)-------------------21 (18%)
Производство стекла (неодим) -----------------------------------------7,5 (7%)
Полирующие материалы (оксиды РЗМ)------------------------------19,7 (16%)
Производство сплавов (скандий, лантан)---------------------------22 (19%)
Производство магнитов (самарий)------------------------------------22,5 (20%)
Производство люминофоров (иттрий)-------------------------------9,5(8%)
Производство керамики (лантан, скандий)------------------------6,5(6%)
Другое применение (эмиттеры, пироматериалы)----------------7 (6%)
Всего--------------------------------------------------------------------115 тыс. тонн

Платиновые металлы
Металлы платиновой группы (Платиноиды) — это обозначение шести переходных металлических элементов (рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина), имеющих схожие физические и химические свойства, и, как правило, встречающихся в одних и тех же месторождениях. В связи с этим, имеют схожую историю открытия и изучения, добычу, производство и применение. Металлы платиновой группы являются драгоценными металлами и природе, чаще всего встречаются, в полиметаллических (медно-никелевых) рудах, а также в месторождениях золота и платины. Иногда, металлы платиновой группы подразделяют на две триады: рутений, родий и палладий — лёгкие платиновые металлы, а платина, иридий и осмий — тяжёлые платиновые металлы.

Свойства платиновых элементов

Применение платиновых металлов
Rh родий, Pt платина, Ir иридий - материалы для лабораторной и заводской химической аппаратуры для работы до 2000 °C;
Rh родий, Pt платину применяют для изготовления термопар (сплав 90% платины и 10% родия);
Платиноиды применяют в качестве катализаторов; палладий используется в качестве нейтрализатора выхлопных газов.
Pd палладий, Pt платина используются в ювелирной промышленности (10 % всей добываемой платины).

Медь и сплавы на основе меди
Медь - металл красновато-розового цвета, атомный номер 29, имеет температуру плавления 1083°С, кристаллизуется с образованием решетки ГЦК, полиморфных превращений не испытывает. Период кристаллической решетки а = 0,3608нм. Плотность меди равна 8,93 г/м3.
Наиболее характерными свойствами меди являются: высокая технологичность, электропроводность, теплопроводность и коррозионная стойкость. В связи с этим основными потребителями меди являются электротехническая промышленность, энергомашиностроение и судостроение. Основные примеси: O, S, Se, Te, Pb, Bi.

Микроструктура меди

Структура и свойства латуней
α – твердый раствор цинка в меди, β – электронное соединение CuZn,
β' – упорядоченная β-фаза.

Микроструктура однофазной (Zn=30%) и двухфазной (Zn=40%)латуни

Химический состав и свойства латуней
Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием и сопротивление изнашиванию. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и электропроводность.
Из латуней изготовляют детали методом глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны, трубопроводы), а также детали требующие по условиям эксплуатации низкую твердость.
Из двухфазных латуней изготовляют фитинги, втулки, гайки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали электрооборудования.
Легированные латуни применяют как для деформируемых полуфабрикатов, так и в виде фасонных отливок. Литейные латуни, как правило, содержат большее количество легирующих элементов.
Для легирования латуней используют Al, Fe, Ni, Sn, Si. Эти элементы повышают прочность и коррозионную стойкость латуней. Поэтому легированные латуни широко применяют в судостроении.

Хим. состав и свойства некоторых деформируемых латуней

Марки, свойства и назначение литейных латуней

Бронзы
Бронзами называют сплавы меди, в которых цинк или никель не являются основными легирующими элементами.
По химическому составу бронзы подразделяются на две группы: оловянные, в которых основным легирующим элементом является олово, и безоловянные, не содержащие олово в качестве легирующего компонента.
По технологическому признаку бронзы делятся на литейные и деформируемые. Литейные бронзы предназначены для фасонных отливок. Деформируемые бронзы хорошо поддаются обработке давлением.
Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью. В качестве легирующих элементов в бронзе используют олово, алюминий, никель, марганец, железо, кремний, свинец, фосфор, бериллий, хром, цирконий, магний и другие элементы.

Влияние олова на механические свойства бронз
Из диаграммы состояния медь - олово следует, что При содержании олова менее 5% сплавы состоят из кристаллов α – твердого раствора. При содержании олова более 5-8% в структуре сплавов появляется эвтектоид (α+δ), где δ-фаза -- электронное соединение Cu31Sn8 со сложной кубической решеткой. Появление δ-фазы в структуре бронз вызывает резкое снижение пластичности и вязкости

Микроструктура оловянистой бронзы

Механические свойства оловянистых бронз

Алюминиевые бронзы
Медь с алюминием образует α-твердый раствор, концентрация которого при понижении температуры с 1035° до 565°С увеличивается от 7,4 до 9,4%. β-фаза представляет собой твердый раствор на базе соединения Сu3Al. При температуре 565°С β-фаза распадается с образованием эвтектоида α+γ2, где γ2-фаза является электронным соединением Cu32Al19.

Микроструктура двухфазной алюминиевой бронзы

Механические свойства алюминиевых бронз

Назначение безолвянистых бронз
Алюминиевые бронзы - БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4, БрА9Ж3Л, БрА10Ж3Мц2 – применяются для обработки давлением, в качестве деталей химической аппаратуры, арматуры и антифрикционных деталей
Кремниевые бронзы - БрКМц3-1- применяются в качестве проволоки для пружин, лент, арматуры
Бериллиевая бронза - БрБ2 – используется как прутки, проволоки для пружин, ленты, полосы
Свинцовая бронза- БрС30- применяется в антифрикционных деталях

Медно-никелевые сплавы
Пунктирная линия - бинодаль, отделяет область существования твердого р-ра от области существования двухфазной системы.

Механические свойства медно-никелевых сплавов