Справочник содержит современные данные о химическом составе механических и некоторых физических свойствах, режимах термической обработки и технологических особенностях (свариваемости, шлифуемости, коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности и др.), назначении и областях применения отечественных марок сталей, стального литья, чугунов, алюминиевых, цинковых, магниевых, титановых, никелевых и медно-никелевых сплавов, бронз и латуней.
Получение и применение важнейших металлов
| Металл | Символ | Температура плавления, °С |
Важнейшее сырье и способ получения металла | Области применения |
| Алюминий | Al | 660,1 | Бокситы (Al2O3 с примесями). Электролиз при 950 ° С расплава, содержащего боксит и криолит Na3[AlF6] (искусственный или природный) |
Атомная техника, электротехника, теплообменная аппаратура, отражатели, зеркала. Получение сплавов (дуралюмин и др.) |
| Бериллий | Be | 1287 | Берилл (Be3Al2)Si6O18, фенакит Be2SiO4 и др. переводят в BeCl2 или BeF2. Далее – электролиз BeCl2 в расплаве (с добавкой NaCl), либо восстановление BeF2 магнием при 925-1325 °С |
Атомная техника. Получение сплавов (бериллиевые бронзы и др. — для авиационно-космической отрасли) |
| Вольфрам | W | 3416 | Шеелит CaWO4. После извлечения кислотным или щелочным способом полученный порошок WO3 восстанавливают водородом, прессуют и спекают (порошковая металлургия) | Легирование сталей (инструментальных, быстрорежущих), авиационная и ракетная техника, нити и спирали накаливания Получение твердых сплавов (победит и др.) |
| Железо | Fe | 1535 | Гематит Fe2O3, магнетит (FeIIFe2III)O4, сидерит FeCO3, лимонит Fe2O3 . nH2O. В доменных печах при 1200-1400 °С идет восстановление железа углеродом (кокс), выплавляется чугун (содержит 2-5% С). Передел чугуна в сталь (содержание С не более 2%) идет в конвертере или мартеновской печи при 1700 °С; ведется продувка воздуха либо кислорода (для удаления излишнего количество углерода) |
Важнейшие конструкционные материалы для всех областей техники |
| Золото | Au | 1063 | Самородное. Из россыпных месторождений добывают промывкой водой. Из бедных руд — цианированием (обработка раствором NaCN с одновременной продувкой воздуха) или амальгамированием (обработка ртутью) | Финансовая отрасль (золотой запас государства), ювелирные изделия, стоматология, электротехника (контакты, покрытия), зеркала и отражатели |
| Магний | Mg | 650 | Карналлит KMgCl3 . 6H2O, магнезит MgCO3 и др. Электролиз расплава MgCl2 при 750-780 °С |
Сигнальные ракеты, зажигательные снаряды. Получение легких сплавов |
| Медь | Cu | 1083 | Халькозин Cu2S, халькопирит (FeIIICuI)S2. Обжиг сырья, конвертирование до черновой меди (окисление воздухом сульфидов меди в расплаве), растворение в серной кислоте и электролиз раствора CuSO4 |
Электротехника (провода), теплообменники, вакуумные аппараты. Получение сплавов (бронза, латунь, мельхиор, нейзильбер, константан и др.) |
| Натрий | Na | 97,86 | Галит NaCl. Электролиз расплава NaCl (с добавками CaCl2 и др. солей), электролиз расплава NaOH | Химическая промышленность (катализатор, реагент). Получение сплавов |
| Олово | Sn | 231,9 | Касситерит SnO2 и вторичное сырье. Восстановительная плавка с углем и добавками, образующими шлак, в электропечах. Очистка электролизом или зонной плавкой | Тара в пищевой промышленности, защитные покрытия, белая жесть, фольга. Получение сплавов (бронза, латунь, подшипниковые сплавы, припои и др.) |
| Платина | Pt | 1769,3 | Самородная. Получают попутно при комплексной переработке полиметаллических руд | Электротехнические изделия (термопары, контакты и др.), аппаратура и катализатор в химической отрасли, стекловарении |
| Свинец | Pb | 327,4 | Галенит PbS. Окислительный обжиг до PbO, восстановление углеродом (кокс) до сырого свинца (“веркблей”). Очистка сырого свинца электролизом | Кислотоупорная аппаратура в химической промышленности, облицовка труб, радиационная защита, боеприпасы, пигменты, стекло. Получение сплавов (подшипниковые, типографские, легкоплавкие). |
| Серебро | Ag | 960,8 | Самородное серебро. Извлекается попутно при добыче золота, платины, выплавке меди | Зеркала, ювелирные и бытовые изделия, монеты, фото- и киноматериалы, электрические контакты и гальванические элементы, лекарства (колларгол и др.) |
| Титан | Ti | 1671 | Ильменит FeTiO3, рутил TiO2 и др. Хлорирование сырья, восстановление TiCl4 магнием | Получение диоксида титана – компонента жаропрочных материалов (эмаль, керамика), белого пигмента, катализатора. Получение сплавов |
| Хром | Cr | 1890 | Хромит (Cr2IIIFeII)O4. Алюмотермия (восстановление алюминием) при 500-600 °С. Дальнейшая очистка хрома — электролизом |
Легирование стали (пружинные, рессорные, инструментальные стали), получение ферритов (звукозапись, компьютерная техника и др.). Получение сплавов (нержавеющая сталь) |
| Цинк | Zn | 419,5 | Сфалерит ZnS. Обжиг сырья, восстановление углеродом, очистка чернового цинка электролизом раствора ZnSO4 | Защитные покрытия, гальванические элементы, реактив в химическом синтезе, пигменты. Получение легких и легкоплавких сплавов |
Важнейшие сплавы металлов: свойства и применение
| Название | Состав | Свойства | Применение |
| Алюминиевые сплавы | Al, Mg, Si, Cu, Zn, Mn, Li, Be | Легкость, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, высокая удельная прочность | Конструкционные материалы в авиации, строительстве, машиностроении и др.; электротехнические устройства и материалы |
| Амальгама | Hg и другие металлы | В зависимости от соотношения ртути и др. металла может быть (при комнатной температуре) жидкой, полужидкой или твёрдой | Золочение металлических изделий, производство зеркал, стоматология, реактив- восстановитель в химии и металлургии |
| Вольфрамовые сплавы | Mo, Re, Cu, Ni, Ag, оксиды (ThO2), карбиды (TaC) и др. | Пластичность, жаропрочность и высокая термо-эдс | Детали электровакуумных приборов, высокотемпературных термопар, детали двигателей ракет и самолётов |
| Железоуглеродистые сплавы (чугун, сталь, ферросплавы) | Fe, C, Р, S, Mn, Si, N, Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Со, Cu и др. | Механическая прочность, твердость, упругость, коррозионная устойчивость, вязкость и др. | Конструкционные материалы для всех областей техники, технологии, хозяйства, машины, инструмент |
| Золотые сплавы | Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Sb, Bi, Pb, Hg | Сплав с Ag при 20—40% Ag зеленовато-жёлтый, при 50% Ag — бледно-жёлтый; мягкий и ковкий; сплавы Au с Cu красновато-жёлтые; более твердые и упругие, чем чистое золото | Золочение металлических изделий, изготовление монет, ювелирных изделий, зубных протезов, электрических контактов |
| Легкоплавкие сплавы | Sn, Bi, In, Pb, Cd, Zn, Sb, Ga, Hg и др. | Низкие температуры плавления (не выше 232 °С); при содержании Bi более 55% расширяются при затвердевании | Изготовление припоев, плавких предохранителей в электроаппаратуре, прессформ и моделей для изготовления отливок сложной формы из металлов и пластмасс, металлические замазки |
| Магниевые сплавы | Mg, Al, Zn, Mn, Zr, Th, Li, La, Nd, Y, Ag, Cd, Be | Лёгкость, прочность, коррозионная стойкость | Высоконагруженные детали из прессованных полуфабрикатов, штамповок и поковок в автомобилестроении, панели, штамповки сложной формы, сварные конструкции |
| Медные сплавы | Cu, Zn, Sn, Al, Ni, Be, P | Прочность, высокая электропроводность, коррозионная стойкость, пластичность | Трубы, теплотехническая аппаратура, подшипники, шестерни, втулки, пружины, детали приборов точной механики, термопары, фасонные детали, декоративно-прикладные изделия и скульптура |
| Никелевые сплавы | Cu, Co, Fe, | Ферромагнетизм, высокая пластичность и коррозионная стойкость, отсутствие аллотропических превращений, химическая стойкость | Конструкционные материалы с высокой стойкостью к агрессивным средам, ферромагнитные изделия, магнитострикционные материалы |
| Оловянные сплавы | Sn, Pb, Sb, Cu, Zn, Cd и др. | низкая температура плавления, мягкость, коррозионная стойкость; антифрикционные свойства | Легкоплавкие сплавы (припой, полуда) и подшипниковые материалы (баббит) |
| Платиновые сплавы | Pt, Rh, Ir, Pd, Ru, Ni, Co, Cu, W, Мо | Высокая температура плавления, коррозионная стойкость, механическая прочность, каталитические свойства | изготовление термопар электрических контактов, потенциометров, постоянных магнитов, высокотемпературных припоев, катализаторы, лабораторная посуда |
| Свинцовые сплавы | Pb, Fe, Cu, Sb, Sn, Cd, Са, Ca, Mg, Li, К, Na | Прочность, твёрдость, антифрикционные, свойства, низкая температура плавления свинца, коррозионная стойкость, хорошая адгезия со многими металлами и сплавами | Изготовление или облицовка кислотоупорной аппаратуры и трубопроводов, изготовление оболочек низковольтных и силовых кабелей, припои и полуды, подшипники, типографские сплавы, грузы, балласты, отливка дроби, сердечников пуль, изготовление решёток для свинцовых аккумуляторов |
| Твёрдые сплавы | WC, TiC, TaC; связующие металлы: Co, Ni, Mo, сталь | Высокая твердость, тугоплавкость, износоустойчивость, коррозионная стойкость | Цельнотвердосплавные изделия (инструмент) для обработки металлов, сплавов и неметаллических материалов, для оснащения рабочих частей буровых инструментов и как конструкционные материалы |
| Типографские сплавы (гарт) | Pb, Sb, Sn и др. | низкая температура плавления (240—350 °С), хорошие литейные свойства | изготовления литых стереотипов (полиграфическая промышленность) и элементов набора (шрифты др.). |
| Титановые сплавы | Al, V, Mo, Mn, Sn, Zr, Cr, Cu, Fe, W, Ni, Si; Nb и Та | Лёгкость, высокая прочность в широком интервале температур от -250 °С до 300-600 °С, коррозионная стойкость | Конструкционные материалы в авиации, ракетостроении, химическая аппаратура |
| Цинковые сплавы | Zn, Al, Cu, Mg | Невысокая температура плавления, легкость обработки давлением и резанием, сварки и пайки, возможность нанесения покрытий электрохимическим и химическим способами, удовлетворительная коррозионная стойкость | Конструкционные и конструкционно-декоративные детали в автомобильной промышленности, электромашиностроении, оргтехнике, вкладыши подшипников, бытовые изделия, сувениры, |
Состав некоторых сплавов
| Наименование | Состав (%) |
| Алюмель | Mn – 2, Al – 2, Si – 1, Fe – 0,5, остальное Ni |
| Баббит свинцовый | Pb – 80, Sb – 17, Cu – 1,5 |
| Бронза алюминиевая | Al – 4,5-5,5, остальное Cu |
| Бронза бериллиевая | Be – 2,0-2,5, остальное Cu |
| Бронза кремниевая | Cu – 96-98, Si – 2-3,5 |
| Бронза оловянная | Cu – 89-91, Sn – 9-11 |
| Бронза фосфорная | Cu – 93-94, Sn – 6-7, P – 0,3-0,4 |
| Сплав Вуда | Bi – 50, Pb – 25, Sn – 12,5, Cd – 12,5 |
| Дуралюмин | Al – 93-96, Cu – 3,5-5, Mg – 0,3-1, Mn – 0,3-1 |
| Латунь | Cu – 57-60, Zn – 40-43 |
| Константан | Ni – 39-41, Mn – 0,4-0,6, остальное Cu |
| Манганин | Cu – 85, Mn – 11-13, Ni – 2,5-3,5 |
| Мельхиор | Ni – 18-20, остальное Cu |
| Нейзильбер | Ni – 15, Zn – 20, Cu – 65 |
| Нихром | Ni – 64-71, Cr – 14-16, Fe – 14-17, Mn – 1-1,8 |
| Припой свинцово-оловянный | Sn – 14-90, остальное Pb |
| Силумин | Al – 85-90, Si – 10-15 |
| Сплав для дроби | Sb – 0,5-1,5, остальное Pb |
| Сталь | C до 2, добавки Si, S, P, O, N до 1, остальное Fe |
| Твердый сплав “видиа” | Со – 6, WC – 94 |
| Твердый сплав “победит” | Со – 10, WC – 90 |
| Твердый сплав “альфа” | Со – 8, 6 или 8, TiC – 21, 15 или 5, остальное WC |
| Типографский сплав | Pb – 75, Sb – 20-24, Sn – 1,8-4,3, Cu – 1 |
| Томпак | Cu – 89-91, Zn – 9-11 |
| Хромель | Cr – 9,5, Fe – 0,3, остальное Ni |
| Хромистая нержавеющая сталь | Cr – 13-30, C до 2, остальное Fe |
| Чугун | C – 2-5, Fe – 95-98 |
Легкоплавкие металлические сплавы
|
Химический состав, % |
Температура плавления, °C |
||||
|
Bi |
Pb |
Sn |
In |
Другие компоненты |
|
|
— 44,7 50,0 52,5 58,0 — 48,0 67,0 |
— 22,6 26,7 32,0 — — 28,5 16,0 |
12,5 8,3 13,3 15,5 42,0 91,0 14,5 17,0 |
20,5 19,1 — — — — — — |
Ga – 67 Cd – 5,3 Cd – 10,0 — — Zn – 9,0 Sb – 9,0 — |
10,6 46,8 70 95 138,5 199 103—227 96—149 |
Пробы сплавов благородных металлов
| Система | Добавки | Сплавы и их применение | ||
| метрическая | русская | каратная | ||
| 1000 | 96 | 24 | — | Химически чистые благородные металлы |
| 958 | 92 | 23 | медь | Ювелирное золото |
| 950 | (91,2) | (22,8) | медь | Ювелирная платина |
| 916 | 88 | 22 | медь | Ювелирное серебро, золото для зубных протезов |
| 900 | (86,4) | (21,6) | медь | Международные сплавы для золотых и серебряных монет, золото на зубные протезы |
| 875 | 84 | 21 | медь | Столовое серебро, наиболее распространенное в России |
| 800 | (76,7) | (19,2) | медь | Столовое серебро |
| 750 | 72 | 18 | медь, платина, серебро | Международное ювелирное золото, золото и платина для зубных протезов |
| 583 | 56 | 14 | медь, серебро и др. | Международное ювелирное золото |
| 500 | (48) | 12 | медь | Дешевое ювелирное золото |
| 375 | (36) | (9) | медь, серебро и др. | Дешевое ювелирное золото |