Основные сплавы металлов. Металлические сплавы и композиты. сплава благородных металлов в ортопедической стоматологии

В производственных процессах металлы в первозданном виде используются довольно редко. Для улучшения физико-химических свойств в их состав добавляют другие элементы. Но кроме добавок, существует большое количество сплавов – металлических материалов которые состоят из двух и более химических элементов.

Всего в промышленности и народном хозяйстве применяется более 5 000 различных сплавов. Сплавы являются основными конструкционными материалами. В промышленности наибольшее распространение получили сплавы на основе железа и алюминия.

По способу производства различают порошковые и литые сплавы. Литой сплав получается путем смешивания компонентов в жидком состоянии с последующей кристаллизацией. А компоненты порошкового сплава сначала смешивают, а потом запекают полученную смесь при высокой температуре.

Также сплавы разделяются на черные и цветные. Черные сплавы – это сплавы, в которых основным компонентом является железо. Наиболее востребованные черные сплавы – сталь и чугун. Оба эти сплава имеют два основных компонента – железо и углерод, но в стали содержится углерода намного меньше. Чугун более дешевый в производстве материал, к тому же довольно хрупкий, и применяется он в основном для изготовления изделий, не требующих пластичной обработки. Сталь напротив, отлично плавится, и поэтому получила более широкое распространение в промышленности. Кроме этого, благодаря легированию сталей, удалось значительно улучшить их эксплуатационные свойства. Сейчас .

Также очень распространены конструкционные сплавы на основе алюминия. Самым известным из них является дюралюминий. Этот сплав помимо основного элемента – алюминия, включает в себя медь, магний и марганец. Долевая часть всех этих компонентов не превышает 7%. Благодаря своей высокой прочности и малому весу, дюралюминий получил широкое применение в авиационной промышленности, ракетостроении и машиностроении.

Из цветных сплавов, помимо дюралюминия необходимо выделить бронзу и латунь. Бронза – самый первый сплав, который стал известен человечеству. Этот материал состоит из меди и олова. Олово здесь выступает в качестве легирующего элемента. Изобретение бронзы в корне изменило жизнь человечества, ведь на смену медному веку – пришел бронзовый. И на протяжении нескольких тысяч лет, бронза была самым востребованным материалом. После открытия стали, бронза утратила свое доминирующее значение. Сейчас этот сплав применяется в приборостроении, машиностроении и для изготовления предметов повседневного обихода.

Еще один известный сплав на основе меди – латунь. Только в качестве легирующего элемента здесь выступает цинк. Латунь долгое время использовалась в качестве заменителя золота, а сейчас широко применяется в приборостроении. Из латуни изготавливают различные детали химической аппаратуры, самолетов, судов, автомобилей.

Кроме вышеперечисленных широко применяются еще несколько сплавов. Для производства корпусов подшипника используются баббиты – сплавы свинца и олова. Для производства украшений и предметов домашнего обихода применяется мельхиор – сплав меди и никеля. Для изготовления режущих инструментов применяют сплав карбида вольфрама и кобальта – победит.

Металл в стоматологии занимает центральное место среди материалов. Из стоматологических сплавов отливают (или штампуют) большинство несъёмных протезов, каркасы съемных протезов. Сплавы в стоматологии используют как вспомогательные материалы, для пайки и штамповки. Из них делают стоматологические инструменты.

План статьи:

• Классификация металлов и сплавов в стоматологии
• Конструкционные сплавы металлов в ортопедической стоматологии
• Благородные сплавы металлов в стоматологии
• Неблагородные сплавы в ортопедической стоматологии
• Вспомогательные сплавы металлов в стоматологии

Металлы и сплавы в стоматологии Классификация

Все металлы и сплавы делят на черные и цветные .

Черные металлы – это железо и сплавы на его основе. Стали и чугун. Чугун содержит более 2,14% углерода. В стоматологии не применяется.

Поверхность у чугуна матовая и неблестящая. Он плохо поддается полировке.

сплав на основе железа, содержащий менее 2,14% углерода. Кроме железа и углерода в стали присутствуют и другие металлы. Они придают сплаву новые свойства (легированная сталь), в том числе делают её нержавеющей.

Стальные колпачки для штамповки коронок

– сплав железа и углерода, с добавлением любых других металлов. Они меняют свойства сплава (температуру плавления, твердость, пластичность, ковкость и т.д.).

– сталь устойчивая к коррозии. В качестве антикарозионного агента чаще всего применяют хром (21%), а также другие металлы.

— это соответственно все остальные металлы.

Металлы в ортопедической стоматологии делят на благородные и не благородные.

Благородные металлы (или драгоценные металлы) – металлы устойчивые к коррозии и химически инертные. Основные благородные металлы – это золото, серебро, и металлы платиновой группы (платина, палладий, иридий, осмий и др.).

Неблагородные металлы – металлы, легко подвергающиеся коррозии, и не встречающиеся в природе в чистом виде. Их всегда добывают из руд.

В зависимости от плотности

металлы применяемые в стоматологии бывают легкие и тяжелые.

В этом вопросе нет единой точки зрения. Наиболее общий критерий – плотность металла больше плотности железа (8г/см³) или атомный вес больше 50 а.е.м. Если хотя бы одно условие выполняется – металл тяжелый.

Для экологии и медицины тяжелые металлы — это металлы, которые обладают высокой токсичностью и экологической значимостью. Что создает ещё большую путаницу. Например золото с плотностью 19,32 г/см³ и атомным весом 197 а.е.м. не относят к тяжелым металлам, из-за его инертности и отличной биосовместимости.

Стоматологические сплавы металлов классификация

По назначению сплавы металлов в ортопедической стоматологии делят на:

• А. Конструкционные – из них делают зубные протезы.

• Б. Сплавы для пломбирования – амальгамы.

• В. Сплавы, для изготовления стоматологических инструментов.

• Г. Вспомогательные. Металлы, применяемые для других целей (Например, легкоплавкие металлы для штамповки или припои).

По химическому составу сплавы применяемые в стоматологии бывают:

• Сплавы благородных металлов

• Сплавы неблагородных металлов

Благородные металлы в стоматологии и сплавы

Благородные металлы в стоматологии стоят дорого. Но, несмотря на это, их продолжают применять из-за отличной биосовместимости. Они не подвержены коррозии, не реагируют со слюной, не вызывают аллергию и интоксикацию.

Золотой сплав часто может стать единственным вариантом для пациентов с полиэтиологической контактной аллергией.

Благородные сплавы долговечны. Единственный их недостаток (кроме цены) – это мягкость и подверженность истиранию.

Сплавы золота в стоматологии.

• Сплав золота 900-й пробы. (ЗлСрМ-900-40).

СОСТАВ: 90% золота, 4% серебра, 6% меди.

СВОЙСТВА: температура плавления 1063°С.

Сплав отличается пластич­ностью, легко под­да­ется механи­ческой об­работке под давлением (штамповке, вальце­ванию, ковке).

Из-за низкой твердости сплав легко стирается. Поэтому, при изготов­лении штампованных коронок изнутри, на жевательную поверх­ность или режущий край, заливают припой.

Выпускают: в виде дис­ков диамет­ром 18, 20, 23, 25мм и бло­ков по 5г.

Применение: для штампованных коронок и мостовидных протезов из

сплава благородных металлов в ортопедической стоматологии

• Сплав золота 750-й пробы (ЗлСрПлМ-750-80)

Состоит из Золота – 75%, Серебра и меди по 8%, и платины – 9%

Платина придает этому сплаву упругость и уменьшает усадку при литье.

Применяют для изготовления литых золотых частей бюгельных протезов, кламмеров и вкладок

• Сплав золота стоматологический 750-й пробы (ЗлСрКдМ)

В состав добавлен кадмий – 5-12%.

За счет кадмия снижается температура плавления сплава до 800 С. (Средняя температура плавления золотых сплавов 950-1050 С.) Что позволяет применять этот сплав в качестве припоя.

Серебряно-палладиевые сплавы отличаются большей Т.пл = 1100-1200 С. Их физико-механические свойства похожи на золотые сплавы. Но устойчивость к коррозии ниже. (Серебро темнеет при контакте с соединениями серы) Сплавы пластичные и ковкие. Паяются золотым припоем (ЗлСрКдМ).

• Сплав Пд-250

СОСТАВ: 75,1% серебра, 24,5% палладия, немного ле­гирующих металлов (цинк, медь, золото).

Применяют для штампованных коронок. Выпускают соответственно в виде дисков различного диаметра (18, 20, 23, 25 мм) и толщиной 0,3 мм.

• Сплав Пд-190

Состав : 78% серебра, 18,5% палладия, другие металлы.

Применяют как сплав для литья в стоматологии.

• Сплав Пд-150

Уменьшено кол-во палладия до 14,5%, увеличено серебра.

Применяют для вкладок.

Неблагородные сплавы металлов применяемые в ортопедической стоматологии

Для уменьшения стоимости протезов разрабатывались сплавы, на основе более дешевых металлов, чтобы заменить дорогое золото.

В СССР наиболее широко использовалась дешевая нержавеющая сталь.

Сегодня основную массу ранка занимают кобальто-хромовые и никель-хромовые сплавы.

Сплав нержавеющий стоматологический-сталь стоматологическая

Сталь – самый распространенный сплав в мире. Его свойства отлично известны. А за счет легирующих агентов ей можно придать какие угодно свойства.

Сталь стоматологическая очень дешевая.

Из недостатков: сталь тяжелая (плотность около 8 г/см3) и химически активная. Может вызвать аллергию, гальванозы.

Нержавеющая сталь в стоматологии ортопедической — марки:

• СТАЛЬ МАРКИ 1 X 18 H 9Т (ЭЯ-1)

Стоматологический сплав для коронок СОСТАВ :

1,1% углерода; 9% никеля;18% хрома; 2% марганца, 0,35% титана, 1,0% кремния, остальное — железо.

Применяют для несъемных протезов: индивидуальных коронок, литых зубов, фасеток.

• СТАЛЬ МАРКИ 20Х18Н9Т

СОСТАВ: 0,20% углерода, 9% никеля, 18%хрома, 2,0% марганца, 1,0% титана, 1,0% кремния, остальное — железо.

Из этого типа стали в заводских условиях изготавливают:

• стандартные гильзы , идущие на производство штампованных коро­нок;

• заготовки кламмеров (для ЧСПП)

• эластичные металлические матрицы для пломбирования, а также сепарационные по­лоски

• СТАЛЬ для стоматологии МАРКИ 25Х18Н102С

СОСТАВ : 0,25% углерода, 10,0% никеля, 18,0% хрома, 2,0% мар­ганца, 1,8% кремния, остальное — железо.

ПРИМЕНЕНИЕ : в заводских условиях изготавливают:

• зубы (боковые верхние и нижние) для штампованнопаяных мостовидных протезов;

• проволоку ортодонтическую диаметром от 0,6 до 2,0 мм (шаг 0,2мм)
  .

В качестве припоя для неблагородных сплавов используется серебряный припой ПСР-37 или припой Цетрина.

Содержит серебро-37%, медь – 50%, Марганец – 8-9%, Цинк – 5-6%

Температура плавления – 725-810 С

Кобальт хромовый сплав в стоматологии

(кобальто-хромовый сплав, хромокобальтовый сплав)

СОСТАВ:

• кобальт 66-67%, основа сплава, твердый, прочный и лёгкий металл.
• хром 26-30%, вводимый в основном(как и в стали) для повышения устойчивости коррозии.
• никель 3-5%, повышает пластичность, ковкость, вязкость сплава, улучшает технологические свойства сплава.
• молибден 4-5,5%,повышает проч­ность сплава.
• марганец 0,5%, увеличивающий прочность, качество литья, пони­жаю­щий температуру плавления, способствующий удалению ток­сических соединений серы из сплава.
• углерод 0,2%, снижает температуру плавления и улучшает жид­котекучесть сплава.
• кремний 0,5%, улучшает качество отливок, повышает жидко­текучесть сплава.
• железо 0,5%, повышает жидкотекучесть, улучшает ка­чество литья.

СВОЙСТВА КХС-сплава стоматологического:

Отличается хорошими физико-механическими свойст­вами, малой плотностью (и соответственно весом реставраций) и отличной жидкотекучестью, позво­ляющей отливать ажурные изделия высокой прочности.

Температура плавления составляет 1458 С

Сплав устойчив к истира­нию и долго сохраняет зеркальный блеск.

Кобальтохромовый сплав в стоматологии

Используется в для литых коронок, мостовидных протезов, цельнолитых бюгельных протезов, каркасов металлокера­мических про­тезов, съемных протезов с литыми базисами, шинирующих аппаратов, литых кламмеров.

Металлокерамика состав металла в стоматологии

Целлит-К – кобальто-хромовый

сплав входящий в состав металла

металлокерамики в стоматологии.

Сплавы, в которых основной элемент Ni. Элементы этого сплава кроме никеля — Сг (не менее 20%), Со и молибден (Мо) (4%).

По свойствам сплав никеля близок к сплаву кобальта.

Применяется: для литья несъемных протезов и каркасов съемных протезов.

Сегодня ограничено применение сплавов никеля из-за их высокой аллергенности.

Сплавы титана в стоматологии ортопедической

В стоматологии применяют как чистый титан (99,5%), так и его сплавы.

Чистый титан

Для литья и фрезерования применяют сплавы титана, алюминия и ванадия (90-6-4% соответственно). И сплав титана с алюминием и ниобием (87-6-7%).

Сплавы титана лёгкие и удивительно прочные. Но тугоплавкие и тяжелые в обработке.

В ортодонтии, для изготавления дуг применяют сплавы титана, ванадия и алюминия (75-15-10%).

Металлы используемые в ортопедической стоматологии

Сплав никеля и титана – никелид титана – никель 55%, титан 45%.

Сплав обладает памятью формы. Деформированные охлажденные изделия из этого сплава при нагревании приобретают исходную форму.

Сплав применяется в ортодонтии, где при действии температуры тела он принима
ет нужную форму.

Также из него делают эндодонтические инструменты с памятью формы.

Вспомогательные сплавы применяемые в ортопедической стоматологии

Бронза – сплав меди с оловом. В стоматологии применяется алюминиевая бронза (алюминий вместо олова). Из нее делают лигатуры для шинирования переломов челюстей.

Латунь – сплав меди с цинком – из нее делают штифты для разборных моделей.

Магналий – сплав алюминия и магния – из него делают детали самолетов (сплав очень легкий и прочный). В стоматологии из него делают артикуляторы и некоторые кюветы.

Амальгамы – сплав металла с ртутью. Применяются для пломбирования.

Тема слишком обширная, о амальгаме в стоматологии будет отдельная статья.

Легкоплавкие сплавы в стоматологии ортопедической

Сплавы легкоплавкие (Меллота, Вуда, Розе) – содержат Висьмут, Олово, Свинец

– их температура плавления около 70 С.

Применяются для штампов при штамповки коронок, контр штампов, изготовления разборных моделей.

Легкоплавкие металлы в стоматологии

Сплав Вуда.

Температура плавления 68 С.

Состав: Висмут – 50%, Свинец – 25%, Олово – 12,5%, Кадмий – 12,5%.

Токсичен, так как содержит кадмий.

Сплав Меллота.

Температура плавления 63 С

Состав: Висмут – 50%, Свинец – 20%, Олово – 30%.

Сплав Розе для стоматологии.

Температура плавления 94 С.

Состав: Висмут – 50%, Свинец и Олово по 25%.

Инструментальная сталь – содержит углерод от 0,7% и более.

Отличается высокой прочностью и твердостью (после специальной температурной обработки).

Добавление к стали вольфрама, молибдена, ванадия и хрома делает сталь способной хорошо резать при высокой скорости. Такую сталь используют для боров и фрез.

Карбид вольфрама – не сплав. Химическое соединение вольфрама с углеродом (химическая формула WC). Сопостовим по твердости с алмазом. Применяют для производства бронебойных танковых снарядов. А ещё для твердосплавных стоматологических боров.

Диоксид циркония – тоже не сплав. Химическое соединение металла циркония с кислородом. По химической природе близок к керамике, но твёрже и прочнее. В стоматологии применяют для изготовления фрезерованных протезов.

Сплавы металлов применяемых в стоматологии (заключение)

Представить современную стоматологию без металлов невозможно. Они в основе всего. И нет материала, который мог бы заменить металл.

Применение металлов в стоматологии

Металлы в стоматологии применяют для:

• Коронок и мостовидных протезов
• Каркасов бюгельных протезов
• Металлических базисов чспп и пспп
• Дентальных имплантатов
• Для инструментов и приспособлений
• Как вспомогательный материал для различных технологических процессов
• Для пломбирования

Видео: Металл с памятью формы в медицине

Металл В Стоматологии-Стоматологические Сплавы обновлено: Февраль 4, 2017 автором: Алексей Василевский

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу - сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав - это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

Сплав по сравнению с исходным металлом может быть:

• механически прочнее и твёрже,
• со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
• устойчивее к коррозии,
• устойчивее к высоким температурам,
• практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо - сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) - более \(2\) %). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия - прочным.

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия .

Такие сплавы железа, как стали , отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

Сплавы алюминия , используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин - сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния , очень лёгкие и жароустойчивые.

В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана .

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют - вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром .

Инструментальные сплавы

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали , которые прошли специальную обработку (закалку).

Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием .

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Применение сплавов в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля . Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта .

Сплав никеля с хромом - нихром, отличающийся высоким сопротивлением - используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.

Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.

Применение легкоплавких сплавов

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

Легкоплавкие сплавы производят из висмута , свинца , кадмия , олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда . А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.

Применение сплавов в ювелирном деле

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

Самая лучшая добавка - это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра - ювелирные изделия и электрические контакты.

Ювелирные изделия из сплавов золота	Позолоченные электрические контакты

Сплавы в искусстве

Оловянная бронза (сплав меди с оловом ) - один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве - производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

Чугун - металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

Чтобы разобраться в классификации металлов, необходимо дать им определение. К металлам принято относить простые элементы, обладающие характерными признаками. Основополагающим признаком для них является отрицательный температурный коэффициент электрической проводимости. Это значит, что при повышении температуры, электрическая проводимость металлических проводников понижается, а при низких температурах, некоторые проводники наоборот переходят в состояние сверхпроводников. В то же время у неметаллов, этот коэффициент либо нейтрален, либо является положительным.

К числу второстепенных признаков следует относить металлический блеск, пластичность, высокую плотность, высокую температуру плавления, высокую теплопроводность и электропроводность. Кроме того большинство металлов в окислительно-восстоновительных реакциях выполняют роль восстановителя, то есть отдают свои электроны, а сами при этом окисляются. Но этот ряд признаков не является решающим, так как для многих химических элементов данного типа, они могут быть диаметрально противоположными. Более того, вероятно, любые неметаллы, при высоком давлении могут проявлять свойства металлов.

Чистые металлы встречаются в природе очень редко и на протяжении истории люди относили к металлам не только простые вещества, но руды и самородки, которые могут включать в себя другие химические элементы. Поэтому в более широком смысле к металлам относятся:

• Очищенные от прочих включений металлы;
• Сплавы;
• Метллиды (сложные соединения, в том числе с неметаллами);
• Интерметаллиды (соединения металлов, часто образующие очень прочные, тугоплавкие и твёрдые структуры).

Мы можем только попытаться дать классификацию данных объектов, но единой картины предложить по этому поводу невозможно, так как во многом она будет зависеть от профессиональной точки зрения, удобной для применения в той или иной научной или производственной области. На самом же элементарном уровне классификация даётся в периодической системе элементов, но даже в химии существуют разногласия по этому поводу.

В химии принято классифицировать металлы по количеству уровней электронной оболочки атомов и конечному уровню заполнения оболочки электронами. По этому признаку вещества делятся на –s –p -f -d металлы. Кроме того различают щелочные, щелочноземельные, переходные и постпереходные металлы. Но данная классификация неприменима в больше случаев, так как не затрагивает многие важные утилитарные вопросы, которые интересуют, прежде всего, науку металлургию.

Классификация по структуре кристаллической решётки

Очевидными являются различия в строении кристаллической решётки для различных металлов в твёрдом состоянии. Для них характерно наличие одного из трёх типов устройства:

• Объёмоцентрированная кубическая решётка с 8 равноудалёнными атомами от взятого в качестве точки отсчёта атома и ещё 6 соседями на большем расстоянии;
• Плотноупакованная кубическая решётка с 12 равноудалёнными соседями;
• Плотноупакованная гексагональная решётка с 12 равноудалёнными соседями.

Для металлов в расплавленном и газообразном состоянии эти свойства не играют большой роли, так как кристаллическая структура атомов в этих состояниях становится неупорядоченной.

Техническая классификация

Наиболее распространённой и простой в усвоении на практическом уровне является абстрактная техническая классификация металлов, которая позаимствовала многие понятия из той же химии и геологии. Можно представить эту классификацию подобным образом:

• Чёрные металлы - металлы и сплавы на основе Fe, или самые распространённые в производстве;
• Железные металлы,
• Тугоплавкие,
• Урановые,
• Редкоземельные,
• Щелочноземельные и другие.
• Цветные металлы – другие сплавы и металлы;
• Тяжёлые (Сu, Sn Pb, Ni, Zn, а также Со, Bi, Sb, Cd, Hg),
• Лёгкие (Mg, Аl, Ca),
• Драгоценные (серебро, золото, платина и их сплавы),
• Ферросплавные легирующие металлы (Mn, W, Cr, Nb, Mo, V и другие),
• Редкие – радиоактивные и другие (U, Pu, Th).

Ниже приведено более наглядное представление данного списка в виде схемы.

К чёрным металлам относятся: сталь и чугун, а также другие сплавы на основе Fe.

К цветным металлам и сплавам, информацию о которых Вы можете узнать на нашем сайте, относятся:

Это самые распространённые в употреблении металлы и сплавы, которые применяются в различных областях промышленности и хозяйственной деятельности. Драгоценные же сплавы, на нашем сайте не представлены.

Данная классификация даёт более полное представление о металлах, но является неупорядоченной и нефункциональной. Наиболее утилитарный характер же носит классификация, принятая в металлургии, отражённая в нормативных документах ГОСТ и ТУ.

Классификация в ГОСТ

Наконец следует различать:

• Литейные сплавы и металлы;
• Деформируемые давлением;
• Порошковые.

Из этой классификации уже становится видно, для каких целей служит тот или иной материал. Далее следует ещё более подробная классификация:

• Металлы с хорошими антикоррозионными свойствами;
• С хорошими антифрикционными свойствами;
• Криогенные;
• Магнитные и немагнитные;
• Пружинные;
• Пластичные металлы;
• Автоматные сплавы для обработки на станках;
• Ковочные сплавы;
• Жаропрочные;
• Свариваемые без ограничений или ограниченно свариваемые;
• Лёгкие (для применения в авиационной промышленности);
• С хорошей электропроводностью и теплопроводностью, и многие другие.

Кроме того различаются металлы по области применения:

• Конструкционные сплавы и металлы – применяются при обшивок и несущих элементов конструкций;
• Электротехнические – для изготовления деталей электротехники;
• Инструментальные - для изготовления инструментов.

Всё же эти определения даются относительно в рамках сплавов на основе какого-то одного металла, или в рамках всего многообразия выбора, что нередко приводит к путанице. Поэтому полную картину можно получить, только при детальном сравнении различных сплавов. При этом важнейшими параметрами будут являться: прочность, упругость, вязкость, пластичность, твёрдость, теплопроводность и электропроводность. Кроме того следует различать номинальные характеристики и конструкционные свойства металлов. Например, прочность на растяжение не говорит о высокой конструкционной прочности, а при некоторых температурных значениях свойства металлов изменяются. Только опираясь на точный анализ можно прийти к заключению о целесообразности применения того или иного материала в тех или иных целях.

Как найти нужный сплав в классификаторе ГОСТ

Исчерпывающая информация касательно этих качеств и возможностей применения дана в государственных стандартах, на которые и следует опираться в дальнейшей работе. Чтобы найти нужную информацию, достаточно:

• Определить основной элемент металла;
• Сплав или металл будет рассматриваться;
• Литейный, деформируемый давлением или порошковый;
• И если Вы ещё не нашли нужного металла в классификаторе ГОСТ, нужно узнать про область применения металла и не является ли этот сплав специальным.

Словом, классификация металлов крайне сложна, и в зависимости от области применения разных материалов и будет образовываться определённая структура знаний. Поэтому в каждом конкретном случае, необходимо выбирать узкую понятийную сферу для определения видов металлов, чтобы не вникать во все подробности в целом.

В своей повседневной жизни окружен различными металлами. В большинстве предметов, которыми мы пользуемся, присутствуют эти химические вещества. Это все произошло потому, что люди нашли разнообразные способы получения металлов.

Что такое металлы

Этими ценными для людей веществами занимается неорганическая химия. Получение металлов позволяет человеку создавать все более совершенную технику, совершенствующую нашу жизнь. Что же они собой представляют? Прежде чем рассмотреть общие способы получения металлов, необходимо разобраться, какими они бывают. Металлы представляют собой группу химических элементов в виде простых веществ, обладающую характерными свойствами:

Тепло- и электропроводностью;

Высокой пластичностью;

Блеском.

Человек легко может отличить их от других веществ. Характерной чертой всех металлов является наличие особого блеска. Он получается благодаря отражению падающих лучей света на не пропускающую их поверхность. Блеск - это общее свойство всех металлов, но ярче всего оно проявляется у серебра.

На сегодняшний день учеными открыто 96 таких химических элементов, хотя еще не все из них признаны официальной наукой. Их разбивают на группы в зависимости от присущих им характерных свойств. Так выделяют следующие металлы:

Щелочные - 6;

Щелочноземельные - 6;

Переходные - 38;

Легкие - 11;

Полуметаллы - 7;

Лантаноиды - 14;

Актиноиды - 14.

Получение металлов

Для того чтобы изготовить сплав, необходимо в первую очередь получить металл из природной руды. Самородные элементы - это те вещества, которые находятся в природе в свободном состоянии. К ним относится платина, золото, олово, ртуть. Их отделяют от примесей механически или с помощью химических реагентов.

Остальные металлы добывают путем обработки их соединений. Они содержатся в различных ископаемых. Руда - это минералы и горные породы, в состав которых входят соединения металлов в виде оксидов, карбонатов или сульфидов. Для их получения используют химическую обработку.

Восстановление оксидов углем;

Получение олова из оловянного камня;

Обжигание сернистых соединений в специальных печах.

Для облегчения добывания металлов из рудных пород к ним добавляют различные вещества, называемые флюсами. Они помогают удалять нежелательные примеси, такие как глина, известняк, песок. В результате этого процесса получаются легкоплавкие соединения, называемые шлаками.

При наличии значительного количества примесей руду перед выплавкой металла обогащают путем удаления большой части ненужных компонентов. Наиболее широко применяемые способы данной обработки - флотация, магнитный и гравитационный способ.

Щелочные металлы

Массовое получение щелочных металлов - более сложный процесс. Это обусловлено тем, что они встречаются в природе только в виде химических соединений. Поскольку они являются восстановителями, их получение сопровождается высокими энергетическими затратами. Существует несколько способов добывания щелочных металлов:

Литий можно получить из его оксида в вакууме или путем электролиза расплава его хлорида, образующегося при переработке сподумена.

Натрий добывают путем прокаливания соды с углем в плотно закрытых тиглях или электролизом расплава хлорида с добавлением кальция. Первый способ наиболее трудоемкий.

Калий получают электролизом расплава его солей либо, пропуская пары натрия через его хлорид. Также он образуется при взаимодействии расплавленного гидроксида калия и жидкого натрия при температуре 440°С.

Цезий и рубидий добывают при помощи восстановления их хлоридов кальцием при 700-800 °С или цирконием при 650 °С. Получение щелочных металлов таким способом является крайне энергоемким и дорогостоящим.

Различия между металлами и сплавами

Принципиально четкой границы между металлами и их сплавами практически не существует, поскольку даже самые чистые, простые вещества имеют какую-то долю примесей. Так в чем же различие между ними? Практически все металлы, используемые в промышленности и в других отраслях народного хозяйства, используются в виде сплавов, полученных целенаправленно путем добавления к основному химическому элементу других компонентов.

Сплавы

Техника нуждается в разнообразных металлических материалах. При этом чистые химические элементы практически не применяются, поскольку они не обладают необходимыми для людей свойствами. Для своих нужд мы изобрели разные способы получения сплавов. Под этим термином подразумевается макроскопически однородный материал, который состоит из 2 или нескольких химических элементов. При этом в сплаве преобладают металлические компоненты. Это вещество имеет свою структуру. В сплавах различают следующие составляющие:

Основа, состоящая из одного или нескольких металлов;

Малые добавки модифицирующих и легирующих элементов;

Неудаленные примеси (технологические, природные, случайные).

Именно сплавы металлов являются основным конструкционным материалом. В технике их насчитывают более 5000.

Несмотря на такое многообразие сплавов, наибольшее значение для людей играют те, основу которых составляет железо и алюминий. Именно они чаще всего встречаются в повседневной жизни. Виды сплавов бывают различными. Причем их разделяют по нескольким критериям. Так применяются различные способы изготовления сплавов. По данному критерию их делят на:

Литые, которые получены путем кристаллизации расплава смешанных компонентов.

Порошковые, созданные при помощи прессования смеси порошков и последующего спекания при высокой температуре. Причем зачастую компонентами таких сплавов являются не только простые химические элементы, но и их различные соединения, такие как карбиды титана или вольфрама в твердых сплавах. Их добавление в тех или иных количествах изменяет материалов.

Способы получения сплавов в виде готового изделия или заготовки разделяют на:

Литейные (силумин, чугун);

Деформируемые (стали);

Порошковые (титан, вольфрам).

Типы сплавов

Способы получения металлов бывают разными, при этом и изготовленные благодаря им материалы обладают различными свойствами. В твердом агрегатном состоянии сплавы бывают:

Гомогенными (однородными), состоящими из кристаллов одного типа. Их часто называют однофазными.

Гетерогенными (неоднородными), именуемые многофазными. При их получении в качестве основы сплава берется твердый раствор (матричная фаза). Состав гетерогенных веществ такого типа зависит от состава его химических элементов. В таких сплавах могут быть следующие компоненты: твердые растворы внедрения и замещения, химические соединения (карбиды, интерметаллиды, нитриды), кристаллиты простых веществ.

Свойства сплавов

Вне зависимости от того, какие способы получения металлов и сплавов используются, их свойства полностью определяются кристаллической структурой фаз и микроструктурой этих материалов. У каждого из них они разные. Макроскопические свойства сплавов зависят от их микроструктуры. Они в любых случаях отличаются от характеристик их фаз, зависящих исключительно от кристаллической структуры материала. Макроскопическая однородность гетерогенных (многофазных) сплавов получается в результате равномерного распределения фаз в матрице металла.

Важнейшим свойством сплавов считается свариваемость. В остальном они идентичны металлам. Так, сплавы обладают тепло- и электропроводностью, пластичностью и отражательной способностью (блеском).

Разновидности сплавов

Различные способы получения сплавов позволили человеку изобрести большое количество металлических материалов, обладающих различными свойствами и характеристиками. По своему назначению они делятся на такие группы:

Конструкционные (сталь, дюралюминий, чугун). К данной группе относятся и сплавы со специальными свойствами. Так они отличаются искробезопасностью или антифрикционными свойствами. К ним относятся латуни и бронзы.

Для заливки подшипников (баббит).

Для электронагревательной и измерительной аппаратуры (нихром, манганин).

Для производства режущих инструментов (победит).

В производстве люди используют и другие виды металлических материалов, таких как легкоплавкие, жаропрочные, коррозионностойкие и аморфные сплавы. Также широкое применение находят магниты и термоэлектрики (телуриды и селениды висмута, свинца, сурьмы и другие).

Железные сплавы

Практически все выплавляемое на Земле железо направляется на производство простых и Также оно используется в производстве чугуна. Сплавы железа получили свою популярность благодаря тому, что обладают полезными для человека свойствами. Они были получены в результате добавления к простому химическому элементу различных компонентов. Так, несмотря на то, что различные сплавы железа изготавливаются на основе одного вещества, стали и чугуны обладают различными свойствами. Благодаря этому они находят разные сферы применения. Большинство сталей тверже чугуна. Различные методы получения этих металлов позволяют получать разные сорта (марки) этих сплавов железа.

Улучшение свойств сплавов

Благодаря сплавлению некоторых металлов и других химических элементов можно получить материалы с улучшенными характеристиками. Так, например, чистого алюминия составляет 35 МПа. При получении сплава этого металла с медью (1,6%), цинком (5,6%), магнием (2,5%) этот показатель превышает 500 МПа.

Благодаря соединению в разных соотношениях различных химических веществ можно получить металлические материалы с улучшенными магнитными, термическими или электрическими свойствами. Главную роль в этом процессе играет структура сплава, представляющая собой распределение его кристаллов и тип связей между атомами.

Стали и чугуны

Эти сплавы получаются путем и углерода (2%). При производстве легированных материалов к ним добавляются никель, хром, ванадий. Все обычные стали подразделяют на виды:

Малоуглеродистая (0,25 % углерода) используется для изготовления различных конструкций;

Высокоуглеродистая (более 0,55%) предназначена для производства режущих инструментов.

Различные марки легированных сталей применяются в машиностроении и другой продукции.

Сплав железа с углеродом, процентное содержание которого составляет 2-4%, называется чугуном. В состав этого материала входит и кремний. Из чугуна отливают различные изделия, обладающие хорошими механическими свойствами.

Цветные металлы

Помимо железа, для изготовления различных металлических материалов используются и другие химические элементы. В результате их соединения получают цветные сплавы. В жизни людей наибольшее применение нашли материалы на основе:

Меди, называемые латунями. Они содержат 5-45% цинка. Если его содержание составляет 5-20%, то латунь называется красной, а если 20-36%- желтой. Существуют сплавы меди с кремнием, оловом, бериллием, алюминием. Они называются бронзами. Имеется несколько видов таких сплавов.

Свинца, представляющие собой обычный припой (третник). В этом сплаве на 1 часть данного химического вещества припадает 2 части олова. При производстве подшипников применяется баббит, который являет собой сплав свинца, олова, мышьяка и сурьмы.

Алюминия, титана, магния и бериллия, представляющие собой легкие цветные сплавы, обладающие высокой прочностью и отличными механическими свойствами.

Способы получения

Основные способы получения металлов и сплавов:

Литейный, при котором происходит затвердевание разных расплавленных компонентов. Для получения сплавов используют пирометаллургический и электрометаллургический методы получения металлов. При первом варианте для разогрева сырья используют тепловую энергию, полученную в процессе сгорания топлива. Пирометаллургическим методом получают стали в мартеновских печах и чугуны в домнах. При электрометаллургическом способе сырье нагревают в индукционных или дуговых электрических печах. При этом сырье расславляется очень быстро.

Порошковый, при котором для изготовления сплава используются порошки его компонентов. Благодаря прессованию им придают определенную форму, а затем спекают в специальных печах.