Сетевая библиотекаСетевая библиотека

Реферат по химии Ялалтдинов

Дата публикации: 27.11.2013
Тип: Текстовые документы DOC
Размер: 389 Кбайт
Идентификатор документа: -42766546_244189692
Файлы этого типа можно открыть с помощью программы:
Microsoft Word из пакета Microsoft Office
Для скачивания файла Вам необходимо подтвердить, что Вы не робот

Предпросмотр документа

Не то что нужно?


Вернуться к поиску
Содержание документа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НЕФТЕКАМСКИЙ ФИЛИАЛ
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ









Экономико-математический факультет
Кафедра математического моделирования и информационной безопасности




Реферат
по дисциплине Химия
на тему
Сплавы









Выполнил: студент 2 курса
очной формы обучения
группы ИТ-21
Ялалтдинов А. М.__________

Проверила:
к.х.н., доц.Санникова Н.С.














Нефтекамск 2013



Содержание
1.Содержание
2.Сплавы
3.Типы сплавов
4.Смеси
5.Эвтектики
6.Твердые растворы
7.Интеррметаллические соединения
8. Исследование сплавов методом физико-химического анализа
9.Кривые охлаждения
10.Диаграммы состояния
11.Заключение
12.Список использованной литературы


































Сплавы

Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов.
Только алюминиевые кастрюли или медная проволка имеют чистоту около 99,9%.
В большинстве же других случаев люди имеют дело со сплавами. Так, различные виды железа и стали, содержат наряду с металлическими добавками незначительные количества углерода, которые оказывают решающее влияние на механическое и термическое поведение сплавов. Все сплавы имеют специальную маркировку, т.к. сплавы с одним названием (например, латунь) могут иметь разные массовые доли других металлов.
Для изготовления сплавов применяют различные металлы. Самое большое значение среди всех сплавов имеют, стали различных составов. Простые конструкционные стали, состоят из железа относительно высокой чистоты с небольшими (0,07—0,5%) добавками углерода. Так, чугун, получаемый в доменной печи, содержит около 10% других металлов, из них примерно 3% составляет углерод, а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор. А легированные стали, получают, добавляя к железу кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий и молибден.
Никель наряду с хромом является важнейшим компонентом многих сплавов.Он придает сталям высокую химическую стойкость и механическую прочность.
Так, известная нержавеющая сталь содержит в среднем 18% хрома и 8% никеля.
Для производства химической аппаратуры, сопел самолетов, космических ракет и спутников требуются сплавы, которые устойчивы при температурах выше 1000
С, то есть не разрушаются кислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей. Этим условиям удовлетворяют сплавы с высоким содержанием никеля. Большую группу составляют медно-никелевые сплавы.
Сплав меди, известный с древнейших времен, - бронза содержит 4-30% олова (обычно 8-10%). До наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров
Древнего Египта, Греции, Китая. Из бронзы отливали в средние века орудия и многие другие изделия. Знаменитые Царь-пушка и Царь-колокол в Московском
Кремле также отлиты из сплава меди с оловом. В настоящее время в бронзах олово часто заменяют другими металлами, что приводит к изменению их свойств. Алюминиевые бронзы, которые содержат 5-10% алюминия, обладают повышенной прочностью. Из такой бронзы чеканят медные монеты. Очень прочные, твердые и упругие бериллиевые бронзы содержат примерно 2% бериллия. Пружины, изготовленные из бериллиевой бронзы, практически вечны.
Широкое применение в народном хозяйстве нашли бронзы, изготовленные на основе других металлов: свинца, марганца, сурьмы, железа и кремния.
Сплав мельхиор содержит от 18 до 33% никеля (остальное медь).
Температура плавления мельхиора составляет 1170 С. Он имеет красивый внешний вид. Из мельхиора изготавливают посуду и украшения, чеканят монеты
(серебро). Похожий на мельхиор сплав - нейзильбер - содержит, кроме 15% никеля, до 20% цинка. Этот сплав используют для изготовления художественных изделий, медицинского инструмента. Медно-никелевые сплавы константан (40% никеля) и манганин (сплав меди, никеля и марганца) обладают очень высоким электрическим сопротивлением. Их используют в производстве электроизмерительных приборов. Характерная особенность всех медно-никелевых сплавов - их высокая стойкость к процессам коррозии - они почти не подвергаются разрушению даже в морской воде. Сплавы меди с цинком с содержанием цинка до 50% носят название латунь. Латунь "60" содержит, например, 60 весовых частей меди и 40 весовых частей цинка. Для литья цинка под давлением применяют сплав, содержащий около 94% цинка, 4% алюминия и 2% меди. Это дешевые сплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко обрабатываются. Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в машиностроении, химической промышленности, в производстве бытовых товаров.
Для придания латуням особых свойств в них часто добавляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы. Из латуней изготавливают трубы для радиаторов автомашин, трубопроводы, патронные гильзы, памятные медали, а также части тех

Типы сплавов
Сплавы типа твердый раствор характеризуются тем, что при их образовании один компонент (растворитель) сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого (растворенного) располагаются в кристаллической решетке растворителя. Таким образом, сплавы этого типа однофазны, они имеют кристаллическую решетку растворителя. Атомы компонентов в сплавах типа твердый раствор расположены неупорядоченно.
Атомы растворенного компонента могут замещать атомы растворителя в кристаллической решетке, образуя твердый раствор замещения, или размещаться между атомами растворителя в его кристаллической решетке, образуя твердый раствор внедрения (рис. 2.17).


Твердые растворы замещения состоят из металлов, расположенных рядом в Периодической системе элементов. По взаимной растворимости различают твердые растворы с неограничен ной и ограниченной растворимостью компонентов. В твердых растворах с неограниченной растворимостью компонентов возможна любая концентрация растворимого компонента (вплоть до 100 %).
Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью образуются при следующих условиях:
• кристаллические решетки компонентов должны быть одного типа;
• компоненты принадлежат одной или смежным группам Периодической системы элементов;
• различие атомных радиусов компонентов небольшое: при их разнице 8… 15% могут образовываться твердые растворы с неограниченной растворимостью, при большей — твердые растворы с ограниченной растворимостью компонентов.

Поскольку атомные радиусы компонентов неодинаковы, при образовании твердых растворов замещения происходит искажение кристаллической решетки (рис. 2.18), что замедляет прохождение диффузионных процессов. Твердые растворы внедрения образуются при условии, что атомный радиус растворенного компонента заметно меньше, чем растворителя. Только в этом случае атом растворенного компонента может расположиться между атомами растворителя, внедряясь в его кристаллическую ячейку. Такие твердые растворы возникают между металлами и неметаллами — элементами I и II периодов Периодической системы, имеющими малые атомные радиусы (Н, N, С, В). Твердые растворы близки по свойствам к металлу-растворителю. Они, как правило, пластичны, хорошо деформируются в холодном и в горячем состояниях.

Смеси
Смесь — физико-химическая система, в состав которой входят два или несколько химических соединений.
В смеси исходные вещества включены неизменными. При этом нередко исходные вещества становятся неузнаваемыми, потому что смесь обнаруживает другие физические свойства по сравнению с каждым изолированным исходным веществом. При смешивании не возникает, тем не менее, никакое новое вещество.
Специфические качества смеси, например, плотность, температура кипения или цвет, зависят от соотношения компонентов смеси (массовое отношение). Смесь двух металлов, полученная путём смешивания их расплавов, называется сплавом. В другой связи говорят о конгломерате. Коллоидные растворы находятся посередине между гомогенными и гетерогенными смесями. В этих жидкостях примешаны твердые частички, каждая из которых состоит из небольшого числа молекул. Поэтому такая смесь ведёт себя как раствор.

Если хотят разделить смесь на чистые вещества, то используют некоторые физические качества. Из этого получается выбор соответствующего разделительного метода.
Порошковая металлургия
Порошковая металлургия — технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них (или их композиций с неметаллическими порошками). В общем виде технологический процесс порошковой металлургии состоит из четырёх основных этапов: производство порошков, смешивание порошков, уплотнение (прессование, брикетирование) и спекание.
Применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить каким-либо другим методом.

История и возможности
Порошковая металлургия существовала в Египте в III веке до н. э. Древние инки из драгоценных металлических порошков делали украшения и другие артефакты. В 895 г. до н. э. в Индии методом порошковой металлургии была изготовлена железная колонна весом около 6 тонн и длиной порядка 7 метров (по настоящий момент колонна идеально сохранилась и стоит в Дели возле мечети Кувват-уль-Ислам). Массовое производство изделий порошковой металлургии начинается с середины 19-го века.
Порошковая металлургия развивалась и позволила получить новые материалы — псевдосплавы из несплавляемых литьём компонентов с управляемыми характеристиками: механическими, магнитными, и др.
Изделия порошковой металлургии сегодня используется в широком спектре отраслей, от автомобильной и аэрокосмической промышленности до электроинструментов и бытовой техники. Технология продолжает развиваться.
Получение металлических порошков
Существует несколько способов получения металлических порошков. Физические, химические и технологические свойства порошков, форма частиц зависит от способа их производства. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:
Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.
Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или в среде инертных газов. Метод появился в 1960-х годах. Его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.
Восстановление руды или окалины. Наиболее экономичный метод. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.
Электролитический метод.
Использование сильного тока приложенного к стержню металла в вакууме. Применяется для производства порошкового алюминия.
В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами.

Эвтектика
Эвте́ктика (греч. utektos — легкоплавящийся) — нонвариантная (при постоянном давлении) точка в системе из n компонентов, в которой находятся в равновесии n твердых фаз и жидкая фаза. Эвтектическая композиция представляет собой жидкий раствор, кристаллизующийся при наиболее низкой температуре для сплавов данной системы. Соответственно, температура плавления сплава эвтектического состава — также самая низкая, по сравнению со сплавами другого состава для данной системы компонентов. Это явление как раз и отражает этимологию термина.

Бинарная фазовая диаграмма с эвтектическим превращением
Добавляя или отводя тепло, можно изменить пропорцию между кристаллическими фазами и расплавом в эвтектической точке без изменения температуры. После кристаллизации эвтектика становится смесью кристаллитов фаз. Одновременное образование нескольких кристаллических фаз в ходе эвтектической кристаллизации обуславливает возможность их кооперативного роста. В результате последнего образуются эвтектические бикристаллы — разветвлённые взаимновложенные дендриты эвтектических фаз, лишь выглядящие в сечении как мелкодисперсная смесь.
Эвтектика является пересечением поверхностей насыщения расплава с фазами, с которыми он находится в равновесии. Если отводится соответствующее количество тепла, то расплав эвтектического состава при кристаллизации в условиях близких к равновесным даст все кристаллические фазы, участвующие в равновесии. Если же при сохранении эвтектической температуры подводится тепло в достаточном количестве, то смесь фаз, отвечающая эвтектическому составу, в равновесных условиях полностью расплавится.

Твердые растворы
Твёрдые растворы — фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решётке.

Могут быть неупорядоченными (с хаотическим расположением атомов), частично или полностью упорядоченными. Экспериментально упорядоченность определяют, главным образом, рентгеновским структурным анализом.

Способность образовывать твёрдые растворы свойственна всем кристаллическим твёрдым телам. В большинстве случаев она ограничена узкими пределами концентраций, но известны системы с непрерывным рядом твёрдых растворов (например, Cu—Au, Ti—Zr, GaAs—GaP). По существу, все кристаллические вещества, считающиеся чистыми, представляют собой твёрдые растворы с очень малым содержанием примесей.

Различают три вида твёрдых растворов:

твёрдые растворы замещения;
твёрдые растворы внедрения;
твёрдые растворы вычитания.
Согласно полуэмпирическим правилам Юм-Розери, непрерывный ряд твёрдых растворов замещения в металлических системах образуются лишь теми элементами, которые, во-первых, имеют близкие по размерам атомные радиусы (отличающиеся не более чем на 15 %) и, во-вторых, находятся не слишком далеко друг от друга в электрохимическом ряду напряжений. При этом элементы должны иметь один и тот же тип кристаллической решётки. В твёрдых растворах на основе полупроводников и диэлектриков, благодаря более рыхлым кристаллическим решёткам образование твёрдых растворов замещения возможно и при большем различии атомных радиусов.

Если атомы компонентов существенно различаются по размерам или электронной структуре, возможно внедрение атомов одного элемента в междоузлия решётки, образованной другим элементом. Подобные твёрдые растворы часто образуются при растворении неметаллов (B, H2, O2, N2, C) в металлах.

Твёрдые растворы вычитания, возникающие за счёт появления в кристаллической решётке вакантных узлов, образуются при растворении одного из компонентов в химическом соединении и характерны для нестехиометрических соединений.

Природные минералы часто представляют собой твёрдые растворы (см. Изоморфизм в кристаллах). Образование твёрдых растворов при легировании элементов и соединений имеет большое значение в производстве сплавов, полупроводников, керамики, ферритов.

Твёрдые растворы — основа всех важнейших конструкционных и нержавеющих сталей, бронз, латуней, алюминиевых и магниевых сплавов высокой прочности. Свойства твёрдых растворов регулируют их составом, термической или термомеханической обработкой. Легированные полупроводники и многие сегнетоэлектрики, являющиеся основой современной твердотельной электроники, также являются твёрдыми растворами.

При распаде твёрдых растворов сплавы приобретают новые свойства. Наиболее ценными качествами обладают сплавы с очень тонкой неоднородностью — так называемые дисперсионно-твердеющие, или стареющие твёрдые растворы. Дисперсионное твердение может наблюдаться и при распаде твёрдых растворов на основе соединений, например, нестехиометрических шпинелей.

Интерметаллические соединения
Интерметалли́д (интерметаллическое соединение) — химическое соединение из двух или более металлов. Интерметаллиды, как и другие химические соединения, имеют фиксированное соотношение между компонентами. Интерметаллиды обладают, как правило, высокой твёрдостью и высокой химической стойкостью. Очень часто интерметаллиды имеют более высокую температуру плавления, чем исходные металлы. Почти все интерметаллиды хрупки, так как связь между атомами в решётке становится ковалентной или ионной (например, в ауриде цезия CsAu), а не металлической. Некоторые из них имеют полупроводниковые свойства, причём, чем ближе к стехиометрии соотношение элементов, тем выше электрическое сопротивление. Никелид титана, известный под маркой нитинол, обладает памятью формы - после закалки изделие может быть деформировано механически, но примет исходную форму при небольшом нагреве.
Некоторые из металлов могут реагировать друг с другом очень активно. Например, реакция цинка и никеля при температурах выше 1000 C носит взрывной характер.

Примеры интерметаллидов
Фазы Лавеса;
Магниевые интерметаллиды: MgB2;MgZn; MgY; MgTl; AgMg; Mg2Ge; Mg2Sn; Mg3Sb2;
Натрий-оловянные интерметаллиды: NaSn3; NaSn2; NaSn; Na4Sn3; Na2Sn; Na4Sn;
Другие: GaAs (арсенид галлия); Au4Al; Cu2MnAl; Cu9Al4; NiTe2SmCo5; Fe3Ni; Ni2In; LaNi5; CeMg12; Nb3Sn; Ni3Al; Ni3Nb; Ti3Al; Al2Cu; K4Pb;
И многие другие.


Исследование сплавов методом физико-химического анализа
Физико-химический анализ
[physicochemical analysis] — совокупность методов исследования зависимости свойств металлов, сплавов, шлаков и т. п. от параметров состояния (давления, температуры и др.). Физико-химический анализ сформировался в начале XX в. Его основоположник академик Н. С. Курнаков. Физико-химический анализ изучает природу и состав образующихся в системе фаз, не прибегая к их выделению и анализу. В основе физико-химического анализа лежат: 1) принцип непрерывности и 2) принцип соответствия, сформулированый Н. С. Курнаковым: 1) при непрерывном изменении параметров, определяющих состояние системы, свойства ее отдельных фаз изменяются непрерывно, тогда как свойства системы в целом изменяются непрерывно, но при условии, что не возникают новые фазы и не исчезают старые; 2) каждому комплексу фаз, находящемуся в данной системе в равновесии, соответствует на диаграмме определённый геометрический образ. Эти принципы лежат в основе представлений о диаграммах состояния и экспертных методах их построения. С диаграммами состояния неразрывно связаны диаграммы состав-свойство. В комплексе эти диаграммы характеризуют не только состояния сплавов в зависимости от состава, температуры, давления, но одновременно их физико-химические свойства при заданных параметрах равновесия.

Металлография
Металлография (от металлы и ...графия), наука о структуре металлов и сплавов; составная частьметалловедения. М. изучает закономерности образования структуры, исследуя макроструктуру имикроструктуру металла (путём наблюдения невооруженным глазом либо с помощью светового и электронного микроскопов), а также изменения механических, электрических, магнитных, тепловых и др. физических свойств металла в зависимости от изменения его структуры. Для изучения микроструктуры используют, кроме того, рентгеновскую дифракционную микроскопию. Исследование структуры необходимо для нахождения связи "структура — свойство", а установление закономерностей образования структуры — для прогнозирования на основе этой связи свойств новых сплавов. Например, прочность однофазных сплавов связана с размером зерна; при наличии включений второй фазы расстояние между включениями влияет на прочность и температуру рекристаллизации сплава; от размера и количества включений второй фазы зависят магнитные свойства ферромагнитных материалов.
Макроструктура характеризуется формой и расположением крупных кристаллитов (зёрен), наличием и расположением различных дефектов металлов, распределением примесей и неметаллических включений. Микроструктура металлического материала определяется формой, размерами, относительным количеством и взаимным расположением кристаллов отдельных фаз или их совокупностей, имеющих однообразный вид. Под тонкой структурой (субструктурой) понимают строение отдельных зёрен, определяемое расположением дислокаций и др. дефектов кристаллической решётки.
Формирование и изменение внутреннего строения металла (структуры) происходит в результате фазовых превращений при нагреве или охлаждении металла, а также вследствие пластической деформации, облучения, отдыха, рекристаллизации, спекания и т.д. Структура литого металла, формирующаяся в результате возникновения и роста в расплаве центров кристаллизации, зависит от скорости охлаждения расплава, содержания примесей, направления отвода тепла и др. факторов. Увеличение скорости охлаждения может, например, приводить к измельчению зерна. Размер зерна можно изменить, подвергнув металл пластической деформации и рекристаллизации. Микроструктура резко изменяется при протекании в твёрдом металле фазовых превращений, которые могут быть вызваны изменением температуры или всестороннего давления. И в этом случае структура зависит от условий, в которых проходит превращение, главным образом от температурного интервала и скорости охлаждения, а также от особенностей строения кристаллических решёток фаз, участвующих в превращении. Например, размеры выделений второй фазы и расстояние между ними уменьшаются, если превращение проходит при низких температурах или ускоренном охлаждении. Субструктура металла изменяется при фазовых превращениях, а также при пластической деформации и рекристаллизации. Например, после сильной деформации дислокации могут образовать скопления, разделяющие зёрна на отдельные фрагменты.
Помимо закономерностей образования структуры, М. изучает условия и причины возникновения при кристаллизации, пластической деформации и рекристаллизации текстуры металлов, которая обусловливает анизотропию свойств поликристаллического материала.

Thermal analysis — Термический анализ.
Метод определения превращений в металле в зависимости от температуры. Метод обычно используется для определения некоторых критических температур, необходимых для построения фазовых равновесных диаграмм.


Кривые охлаждения





Железоуглеродистые сплавы
































Диаграммы состояния





Диаграмма состояния сплавов Железо-Углерод













Заключение
В жизни используется огромное количество сплавов в разных целях, их создавали в Египте и по сей день, наука движется по этому пути все большими шагами, в будущем откроются новые возможности на пути изучения сплавов, будут создаваться более легкие и более устойчивые к любым внешним воздействия металлы с меньшими затратами.

Границ научному познанию и предсказанию предвидеть невозможно
Д. Менделеев





































Список использованной литературы

1. Книга для чтения по неогранической химии. - А. Крицман
2. Химия для любознательных - Эю Гроссе.
3. "Необычные свойства обычных металлов", В.А.Займовский, Т.Л.Колупаева, библиотека "Квант" (№-32 1997г.)
4. "Химия и научно-технический прогресс", И.Н.Семенов, А.С.Максимов, А.А.Макареня
Сайты
5.http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/1312/%D0%94%D0%98%D0%90%D0%93%D0%A0%D0%90%D0%9C%D0%9C%D0%90
6. http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=553692
7.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%E5%F0%EC%E8%F7%E5%F1%EA%E8%E9_%E0%ED%E0%EB%E8%E7
8. http://metallurgicheskiy.academic.ru/905/%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%BE-%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7
9.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%E2%B8%F0%E4%FB%E5_%F1%EF%EB%E0%E2%FB