Современные металлические сплавы

Современные металлические сплавы

Рекламодателям

СПЛАВЫ МЕТАЛЛОВ
В СОВРЕМЕННОЙ СТОМАТОЛОГИИ
Никель-хромовые сплавы для металлокерамики

Лев Гарамов, зубной техник, консультант фирмы «ТП Бэст», г. Москва

Качество протеза напрямую зависит от отливки его каркаса, поэтому необходимо выбрать материал, обладающий наиболее подходящими свойствами. Профессиональные требования зубных техников к стоматологическим сплавам постоянно возрастают. Точное краевое прилегание цервикального края коронки к пришеечному краю культи, отсутствие усадки и баланса, отсутствие зернистости и пор на поверхности изделия, яркий блеск металла на «открытой» окклюзионной поверхности после полирования, лёгкость сплава в обработке и его совместимость с наиболее широким спектром керамических масс и многое другое.

Современный стоматологический рынок переполнен сплавами. Однако необходимо определить индивидуальные характерные особенности, присущие определённому продукту, которые придают ему «оригинальность» по каким-либо определённым аспектам различий, физико-химическим свойствам, и, что немаловажно соотношению цена/качество. В этом контексте я хочу поделиться своим личным опытом работы с неблагородным сплавом для металлокерамических и цельнолитых мостовидных протезов «WEST 2000» производства США, с которым успешно работаю уже несколько лет. Постараюсь раскрыть свойства и преимущества этого сплава.
Физико- химические и технологические свойства сплава «WEST 2000»
Начнём с того, что прежде всего индивидуальность сплава заключается в свойствах составляющих его элементов.
Данный сплав образован следующими основными элементами:
никель ( до 72%), хром (12%), молибден (9%);
кроме этого, «WEST 2000» включает в себя два дополнительных элемента: кобальт (3%), титан (2%).
Рассмотрим перечисленные элементы индивидуально.
Никель(Ni) – это металл серебристо – белого цвета, обладающий хорошей вязкостью и ковкостью. Данный металл устойчив к окислению при контакте с воздухом и водой, а также устойчив к щелочам.
Добавки никеля повышают механические свойства сплавов, их вязкость, уменьшают степень усадки и придают соединениям химическую устойчивость. В том случае, если в состав сплава входит 60–80% никеля и 20–40% хрома, то данный сплав является никель-хромовым.
Хром (Сr) – белый металл, с лёгким синеватым оттенком, обладающий высокой коррозионной стойкостью. Молекулы хрома растворяются в хлористоводородной кислоте. При высокой температуре вступает в реакцию с кислородом и трансформируется в оксид хрома (Сr2O3). Оксид хрома применяют при изготовлении полировочных паст, используемых для полирования металлической поверхности протезов.При взаимодействии с кислородом, данный элемент также образует и хромовый ангидрид (СrO3).
Хром обладает повышенной хрупкостью, вследствие чего количество данного элемента в процентном соотношении в составе сплавов не должно превышать установленную норму. Наличие хрома в составе сплава в определённом процентном соотношении необходимо для предотвращения коррозии его элементов. Оксид хрома применяют при изготовлении полировочных паст, используемых для полирования металлической поверхности протезов.
Молибден (Mo) – это тугоплавкий металл, обладающий светло-серым оттенком. Устойчив к коррозии в холодных растворах хлористоводородной и серной кислоты, а также к воздействию щелочей. Растворяется в азотной кислоте. Наличие данного элемента в составе сплава способствует улучшению его межкристаллитной структуры.
Кобальт (Со) – это серебристый металл с красноватым оттенком.
Не окисляется под воздействием воздуха и воды, слабо растворим в растворах органических кислот. Обладает высокой степенью твёрдости, в результате чего повышает механические свойства (прочность) сплава.
Титан (Тi) – это металл серебристо-белого цвета, обладающий высокой прочностью и коррозионной стойкостью при контакте с атмосферным воздухом и водой. На поверхности титана образуется тонкая, прочная окисная плёнка, которая препятствует его окислению. Данный элемент устойчив к воздействию азотной кислоты и слабо растворим в серной кислоте. Образующий звено в цепи соединения элементов сплава, титан в небольшом процентном соотношении способствует уменьшению в сплаве карбидов хрома и тем самым, повышает прочность сплава. Несмотря на то, что титан является компонентом данного сплава, процесс отливки производится на стандартных литейных установках.
Титан является биоинертным металлом (данный элемент не токсичен), вследствие чего широко применим в имплантологии.
Физико-механические свойства сплава:
Твёрдость по Виккерсу: 220 (hv)
Относительное удлинение: 10–12%
Удельный вес: 7,9 (г/см)
Предел текучести: 75.000 РSI
Модуль эластичности: 23.000
КТР 12,7–14,1
Точка плавления: 1 315°С (2400 F)

Рис. 1 а, б. Нанесение «Distanz-лака» на поверхности препарированных областей гипсовых штампиков.

Моделирование восковой композиции
Ниже следует перечень ошибок, способных повлиять на качество металлического каркаса, допускаемых при моделировании.
Рис. 1 (а, б). Не допускайте ошибок на стадии покрытия штампиков «Distanz (stumpf) лаком». В области цервикального уступа запрещается нанесение «Distanz-лака», во избежание образования зазоров между цервикальным краем коронки и пришеечным краем культи.
Не используйте «Distanz-лак» для изоляции поверхности гипса от воска. «Distanz-лак» предназначен только для имитации цементного слоя и не является изолятором поверхности. Для изоляции поверхности
гипсовой культи от воска используются изолирующие жидкости (например «Pro-Art» /IVOCLAR).

Современные металлические сплавы

Металлы и сплавы

В промышленности металлы применяются в основном в виде сплавов: черных (чугун, сталь) и цветных (бронза, латунь, дюралюминий и др.)

.
Сталь и чугун — это сплавы железа с углеродом. Но в стали содержание углерода немного меньше, чем в чугуне.

В чугуне содержится от 2 до 4% углерода. В состав чугуна входят также кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун — хрупкий твердый сплав. Поэтому его используют в тех изделиях, которые не будут подвергаться ударам. Например, из чугуна отливают радиаторы отопления, станины станков и другие изделия.

Сталь, как и чугун, имеет примеси кремния, фосфора, серы и других элементов, но в меньшем количестве.
Сталь не только прочный, но и пластичный металл. Благодаря этому она хорошо поддается механической обработке. Сталь бывает мягкой и твердой.

Более твердая сталь используется для изготовления проволоки, гвоздей, шурупов, заклепок и других изделий.

Из очень твердой стали делают металлические конструкции (конструкционная сталь) и режущие инструменты (инструментальная сталь). Инструментальная сталь имеет большую, чем конструкционная, твердость и прочность.

Добавление в сталь таких элементов, как хром, никель, вольфрам, ванадий, позволяет получить сплавы с особыми физическими свойствами — кислотостойкие, нержавеющие, жаропрочные и т. д.

Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах. Руду вместе с коксом (специально обработанным углем, который дает при горении высокую температуру) загружают в доменную печь сверху. Снизу в домну все время вдувают чистый горячий воздух, чтобы кокс лучше горел. Внутри печи образуется высокая температура, руда плавится, и полученный чугун стекает на дно печи. Расплавленный металл вытекает из отверстия домны в ковши. Из смеси чугуна со стальным ломом в мартеновских печах, конверторах и электропечах получают сталь.

Из цветных сплавов наиболее широко применяются бронза, латунь и дюралюминий.

Бронза — желто-красный сплав на основе меди с добавлением олова, алюминия и других элементов. Отличается высокой прочностью, стойкостью против коррозии. Из бронзы отливают художественные изделия, делают сантехническую арматуру, трубопроводы, детали, работающие в условиях трения и повышенной влажности.

Латунь — сплав меди с цинком, желтого цвета. Имеет высокую твердость, пластичность, коррозийную стойкость. Выпускается в виде листов, проволоки, шестигранного проката и применяется чаще всего для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности.

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, цинком, магнием и другими металлами, серебристого цвета. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, хорошо обрабатывается. Дюралюминий широко применяют в авиастроении, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Основные свойства металлов

Вы знаете, что металлы обладают различными свойствами. Одни из них мягкие, вязкие, другие твердые, упругие или хрупкие. Знать свойства металлов необходимо для того, чтобы правильно определить наиболее подходящий для того или иного изделия материал.

Физические свойства.

К этим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления.

Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах.
Металлы различаются по цвету. Например, сталь — сероватого цвета, цинк — синевато-белого, медь — розовато-красного.
При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.

Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем не окисленного.

Удельный вес — вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах. Например, углеродистая сталь имеет удельный вес, равный 7,8 г/см3. В авто- и авиастроении вес деталей является одной из важнейших характеристик, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими. Чем больше удельный вес металла, тем более тяжелым (при равном объеме) получается изделие.

Теплопроводность — способность металла проводить тепло — измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за 1 мин. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.

Температура плавления — температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. У стали, например, температура плавления гораздо более высокая, чем у олова.

Чистые металлы плавятся при одной постоянной температуре, а сплавы — в интервале температур.

Механические свойства.

К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость.
Эти свойства обычно являются решающими показателями, по которым судят о пригодности металла к различным условиям работы.

Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела. Если ударить молотком по кернеру, поставленному на стальную пластинку, образуется небольшая лунка. Если то же самое сделать с пластинкой из меди, лунка будет больше. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругость — свойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов. Попробуйте одновременно растянуть и отпустить пружины из стальной и медной проволоки. Вы увидите, что первая вновь сожмется, а вторая останется в том же положении. Значит, сталь более упругий материал, чем медь.

Пластичность — способность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.

Вязкость — способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Например, если наносить удары по чугунной плите, она разрушится. Чугун — хрупкий металл. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

СПЛАВЫ

СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов (см. табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава – распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в кристаллах.

Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечисляются наиболее важные сплавы промышленного значения и указываются основные области их применения.

Сталь.

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. См. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ.

Чугун.

Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала. См. также МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ.

Сплавы на основе меди.

В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Свинцовые сплавы.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (

70 ° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.

Легкие сплавы.

Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.

Алюминиевые сплавы.

К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175 ° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.

Магниевые сплавы.

Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.

Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов. См. также СВАРКА.

Титановые сплавы.

Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600 ° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.

Титановые сплавы ковки до температур около 1150 ° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430 ° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.

В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4 представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с указанием получаемых при этом свойств.

Бериллиевые сплавы.

Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит. См. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ и статьи по отдельным металлам.

Поступающим

Институтом ЭкоТех осуществляется подготовка в соответствии с требованиями ФГОС квалифицированных специалистов в области технологии материалов (металлургии чёрных и цветных металлов, металловедения, порошковых и композиционных материалов, обработки металлов и сплавов давлением, деформационно-термических процессов, литейных технологий), машиностроения (технологические машины и оборудование, инжиниринг лазерной техники), стандартизации и метрологии, управления качеством, техносферной безопасности.

Бакалавриат

Технологические машины — это машины, предназначенные для производства или преобразования материалов и изделий. Как правило, они объединяются в комплекс оборудования, который служит на заводах металлургической, лесной, машиностроительной, легкой, пищевой, полиграфической промышленности и многих других, и такое оборудование — это сердце любого производственного предприятия.

В силу того, что институт ориентирован, в первую очередь, на металлургическую отрасль промышленности, внимание студентов при обучении концентрируется большей частью на металлургическом оборудовании. Изучаются машины горно-обогатительного, доменного, сталеплавильного, литейного, прокатного, ковочно-прессового производств, а также лазерная и вакуумная техника, гидравлические и пневматические системы и многое другое.

22.03.02 Металлургия

Металлургия — это область науки и техники, изучающая производство металлов и сплавов из природного и техногенного сырья, получение различных сплавов с заданными свойствами, обработку металлов в горячем и холодном состоянии, нанесение металлических покрытий, а также физическое и химическое поведение металлов и сплавов.

Это самое обширное направление подготовки в ЭкоТех, охватывающее все аспекты металлургии — от обогащения металлических руд до производства готовых металлических изделий и их продажи на мировом рынке.

Профили:

Магистратура

15.04.02 Технологические машины и оборудование

Программы:

20.04.01 Техносферная безопасность

Программы:

22.04.02 Металлургия

Программы:

• Аддитивные технологии для производственной отрасли (iPhD)
• Технологический менеджмент в производстве цветных металлов и золота
• Порошковые и аддитивные технологии синтеза функциональных материалов и покрытий
• Инновационные процессы и технологический менеджмент в металлургии
• Advanced Metallic Materials and Engineering / Современные металлические материалы и инжиниринг
• Менеджмент качества в металлургии
• Новые материалы и цифровые технологии литья металлов
• Логистика технологических процессов и производств
• Современные технологии получения и защиты металлических материалов
• Деформационная обработка металлов и сплавов

Аспирантура

04.06.01 Химические науки

Направленность:

• Аналитическая химия

15.06.01 Машиностроение

Направленность:

• Технологии и машины обработки давлением
• Инжиниринг машин, агрегатов и процессов

18.06.01 Химическая технология

Направленность:

• Технология электрохимических процессов и защита от коррозии

20.06.01 Техносферная безопасность

Направленность:

• Пожарная и промышленная безопасность (в металлургии)
• Охрана труда

22.06.01 Технологии материалов

Направленность:

• Об институте
• Контакты и сотрудники
• Поступающим
• Научная деятельность
• Учебная деятельность
• Трудоустройство выпускников
• Международная академическая мобильность

Нашли опечатку?
Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter. Спасибо за участие!

Сервис предназначен только для отправки сообщений об орфографических и пунктуационных ошибках.

Коронавирус:
Горячая линия НИТУ «МИСиС»
доб. 50539

«Горячая линия» Ситуационного центра Минобрнауки России
+7 495 198-00-00

Топ металлов будущего

Гибкая сталь и клыки для Росомахи

Гибкая сталь и клыки для Росомахи

Microlattice — никелевая «кость»

Американские ученые по заказу авиаконцерна Boeing создали новый сверхлегкий металлический материал. Он получил название Microlattice (ultralight metallic microlattice) — ультралегкая металлическая губка. Материал этот, в прямом смысле слова, невесомый: если положить его на одуванчик, то цветок останется невредим. Однако при всей кажущейся хрупкости Microlattice может выдерживать огромные по сравнению со своим весом нагрузки. Причина в его необычном строении — на 99,99% материал полый, и, по сути, состоит из воздуха, что напоминает строение другого прочного «материала» — человеческой кости.

Основа Microlattice — это переплетенные между собой трубки, их толщина в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. При этом и сами трубки изнутри полые. Первые образцы нового материала были сделаны из сплава фосфора и никеля, нанесенного на полимерную губчатую основу. Возможности применения Microlattice практически безграничны. В частности, появление материала было на «ура» встречено авиационной промышленностью, ведь изготовленные из ультралегкого материала компоненты самолета сократят общую массу лайнера, что поможет существенно сэкономить на топливе.

Microlattice — как это сделано?

Гибкая и легкая сталь

В последние десятилетия сталь как материал для производства стремительно теряла популярность. И это не удивительно, сталь — материал прочный, но при этом очень тяжелый, именно поэтому ее не используют, например, в авиастроении. На первый взгляд решить эту проблему несложно: можно добавить в сплав более легкий алюминий. Эксперименты показали: это и в самом деле значительно уменьшает массу стального сплава, однако материал получается очень хрупким. Такой металл нельзя согнуть — в какой-то момент он просто ломается.

Над решением этой задачи еще с 70-х годов прошлого века бились ученые по всему миру. Сравнительно недавно хорошие новости пришли из Южной Кореи, где был получен новый стальной сплав — легкий и в то же время прочный. Для этого ученые воздействовали на структуру сплава алюминия-стали на наноуровне, а также добавили в него немного никеля. Не приходится сомневаться, что вскоре эта разработка получит повсеместное применение, ведь новый сплав обладает тем же коэффициентом удельной прочности, что и титан, но при этом стоит в десять раз дешевле.

Пластмассовый металл

Материал, соединяющий в себе податливость пластмассы и прочность металла, был создан в Йельском университете. Он получил название BMG (от bulk metallic glasses). Уникальность разработки в том, что при низких температурах и давлении материал подобно пластмассе смягчается, а также способен переходить в текучее состояние.

Такими свойствами BMG обладает благодаря своей структуре: ее основу составляют так называемые «аморфные металлические стекла». Это сплав по своим свойствам похожий на обычный металл, но при этом способный принимать различные формы, как пластик. Именно это сочетание качеств делает BMG одним из лучших материалов для создания миниатюрных и сложных по форме предметов и устройств, таких как медицинские импланты или элементы микроэлектроники.

Сплавы. 9 класс. Разработка урока

Цель урока:

• Дат ь понят ие о сплавах, их классификацией и свойст вах;
• Познакомить с важнейшими сплавами их значением в жизни
• общест ва и преимущест вом сплавов перед чист ыми мет аллами;
• Обучать и развивать умение делат ь выводы;
• Прививат ь и развиват ь навыки делового общения;
• Развитие логического мышления;
• Развивать кругозор;
• Обучать и развивать умение самостоятельного поиска необходимой информации;
• Развивать умение делать выводы, работать в коллективе, говорить на публике;
• Воспитание эстетического вкуса

Оборудование и материалы: Коллекции сплавов цветных и черных металлов (чугуны и стали, алюминий, медь), изделия из сплавов. Компьютер, мультимедийный проектор.

Методы урока: Объяснение, рассказ, беседа, самостоятельная работа с учебником.

Тип урока: комплексный.

Дополнительное задание: за 2 – 3 недели до урока дается задание найти информацию о сплавах и сделать сообщение по плану:

• История создания
• Состав сплава
• Его свойства
• Применение

Ход урока

Вступительное слово учителя: Здравствуйте! Мы изучали с вами свойства металлов, особенности их строения, типа связи. Пришло время перейти к изучению новой способности металлов: образованию сплавов. Открываем тетради, записываем тему урока: «СПЛАВЫ».

Но прежде чем прис тупить к изучению нового материала. Повторим ранее изученный. Часть учащихся работает по карточкам с заданиями разного уровня. Уровень 1 – на «3», уровень 2 – на «4», уровень 3 – на «5». Уровень выбираем самостоятельно. (См. приложение)

Остальные беседуют со мной, получая за верный ответ карточки, по сумме которых мы выставляем оценки.

Вопросы для обсуждения:

1. Где элементы – металлы расположены в периодической системе?
2. К каким электронным семействам относятся элементы – металлы?
3. Сколько электронов имеют атомы металлов на внешнем электронном слое?
4. Что называется металлической связью?
5. Чем обусловлены физические свойства металлов?
6. Какими физическими свойствами характеризуются металлы?
7. Почему в химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей?
8. Какие химические свойства характерны для металлов?
9. Как реагируют металлы с кислотами?
10. Как определить активность металла?

(Задания разных уровней приведены в приложении.)

Но в реальной жизни металлы в чистом виде встречаются редко, а в основном мы имеем дело со сплавами. Поэтому запишите тему урока: «Сплавы». И на этом уроке мы поговорим о сплавах, их особенностях, классификации, значением и применением в жизни общества. И в конце урока вы должны будете ответить на один вопрос: «Почему с течением времени человечество перешло от использования чистых металлов к использованию сплавов?»

Давайте подумаем, с чем ассоциируется у вас слово сплав. (Сплавление чего-либо между собой). Совершенно верно. А на основании этого попробуйте дать определение металлического сплава. Если затрудняетесь, откройте ваши учебники на странице 267. (Металлические сплавы – материалы с металлическими свойствами, состоящие из двух и более компонентов, из которых хотя бы один – металл).

Как вы думаете, как получают сплавы? (Смешиванием различных металлов в расплавленном состоянии). Хочу заметить, что в результате затвердевания смеси, возможно, образование нескольких видов сплавов.

Виды сплавов

Характеристика

Пример

Расплавленные металлы смешиваются в любых отношениях

Ag иCu; Ag и Au; Cu и Ni

При охлаждении смеси расплавленных металлов образуется сплав, состоящих из мельчайших отдельных кристалликов каждого металла

Pb и Sn; Pb и Ag; Bi и Cd

Расплавленные металлы образуют между собой химические соединения

Cu и Zn; Ca и Sb; Pb и Na

• Механическая смесь
• Твердый раствор
• Интерметаллическая смесь

• Гомогенные
• Гетерогенные

По основному компоненту

• Черные
• Цветные

По числу компонентов

• Двойные
• Тройные
• Многокомпонентные

• Тугоплавкие
• Легкоплавкие
• Коррозионно-устойчивые

Ну а теперь самое время заслушать те сообщения, которые вы подготовили. В ходе рассказов вы будьте внимательны, смотрите на экран, в свои учебники, в коллекции на ваших с толах, а так же не забывайте заполнять таблицу:

Название сплава

Состав

Основные свойства

Применение

Изготовление приборов и предметов быта

Никель 67%, хром 15%, марганец 1,5 %

Большое электрическое сопротивление, жаропрочность

Изготовление электронагревательных приборов

Слово учителя: Спасибо! А теперь попробуйте ответить на основной вопрос нашего урока: «Почему же люди стали использовать сплавы?»

Учащиеся высказывают различные предположения, но в конечном итоге должны сделать следующие выводы:

1. Сплавы обладают различными свойствами, поэтому есть возможность создать сплав с нужными свойствами.
2. Не смотря на то, что в состав сплавов входят металлы, обладающие определенным набором свойств (металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность), но свойства сплава сильно отличаются от свойств компонентов, входящих в него, что особенно ценно.

Слово учителя: Сплавы состоят из металлов, которые в его составе сохраняют свои химические свойства. Например, взаимодействие с кислотами. Этот факт позволяет установить качественный состав сплава. И это мы проверим с помощью расчетных задач.

Часть из них мы решим в классе, а часть пойдут в качестве домашнего
задания:

1. При действии избытка соляной кислоты на 60 граммов сплава меди и цинка выделился газ объемом 1.12 литра. Найдите массовые доли металлов в сплаве.
2. При действии соляной кислоты на 500 граммов сплава серебра и магния выделился газ, объемом 112 литров. Найдите массовые доли металлов в сплаве.
3. При действии разбавленной серной кислоты на 10 граммов сплава меди и алюминия, выделился газ, объемом 1.24 литра. Найдите массовые доли металлов в сплаве.

В конце урока проводится оценивание деятельности учащихся и класса в целом, а так же сбор тетрадей некоторых школьников, с целью проверки правильности решения задач.

Домашнее задание: Параграф 74, задачи

1. Тугоплавкий металл вольфрам – неизменный материал для изготовления нитей накаливания, а карбид вольфрама состава WC – основа твердого сплава «Победит, из которого изготавливают сверла. Для получения порошкообразного вольфрама используют восстановление оксида вольфрама водородом. Рассчитайте тепловой эффект реакции, если на получение 1 кг. Вольфрама этим способом было потрачено 636 кДж теплоты. WO₃ +2H₂ = W + 3H₂O
2. Выплавка свинца, вероятно, была одним из первых металлургических процессов. В качестве природного сырья чаще всего использовали Галенит – природный сульфид свинца, который сначала обжигали, получая оксид свинца (II), а затем восстанавливали углем. Определите массу угля, необходимого для получения 40 кг. Свинца, если практический выход процесса восстановления равен 20%.

Пользуясь дополнительной литературой, заполните схему – применение сплавов в различных отраслях.

Как бы вы, продолжили фразу:

• Сегодня на уроке…
• Теперь я знаю…
• Мне на уроке…
• попробуйте определить настроение сегодняшнего урока, выберите его (на доске появляются «рожицы» с разным выражением): если вам было комфортно, понятно, то «рожица» 1, если настроение не изменилось – 2, если ухудшилось – 3.__