Прикладная химия полностью

Среди металлических материалов особое положение занимают сплавы на основе железа. Сплавы железа с содержанием углерода до 2 % принято называть сталью, а свыше 2 % – чугуном. Используемые в настоящее время в промышленности стали обычно делят на углеродистые и легированные.Создание новых и интенсификация существующих промышленных процессов заставляет все больше использовать легированные стали, которые обладают повышенной коррозионной стойкостью. Доля средне- и высоколегированных сталей в настоящее время составляет 20 % от общего количества производимых промышленностью черных металлов. Для легирования используют такие элементы, как никель, хром, молибден, вольфрам, ванадий, кобальт, марганец, медь, титан, алюминий. Сплавы железа с хромом составляют основу нержавеющих сталей, среди которых различают хромистые (Fe-Сr), хромоникелевые (Fе-Ni-Сr) и хромоникельмарганцевые (Fе-Сr-Ni-Мn). В зависимости от микроструктуры материала стали подразделяют на перлитные, мартенситные, аустенитные, ферритные и карбидные.

Несмотря на открытие и массовое применение значительного числа новых неметаллических материалов, металлы по-прежнему играют огромную роль в промышленности и в технике. Так, за последние 20 лет мировое производство меди увеличилось примерно в 2,3 раза, железа – в 2,7, никеля – в 4, алюминия – в 4,7, титана – в 17 раз. Очевидно, что и в будущем объемы производства металлов по-прежнему будут расти. Если представить себе, что среднегодовое потребление стали во всем мире приблизится к уровню развитых стран (примерно 500 кг на душу населения), и допустить, что дальнейшего роста объемов потреблений в этих странах не будет, то и тогда на земном шаре будет производиться около 2,5 млрд. т стали ежегодно. Такие примеры можно привести и применительно к цветной металлургия, которая производит металлы, требующие значительно больших количеств руды, электроэнергии, топлива и воды на тонну выпускаемой продукции.

Одной из основных задач развития материаловедения в области металлов является улучшение их качества. С этой точки зрения важное значение приобрела порошковая металлургия, в основу которой положено производство металлических порошков и спеченных из них изделий. В современной порошковой металлургии можно выделить два основных направления:

1. создание материалов и изделий с такими характеристиками (состав, структура, свойства), которые в настоящее время невозможно достичь известными методам и плавки;

2. изготовление традиционных материалов и изделий при более выгодных технико-экономических показателях производства.

Обработкой металлических порошков удается достичь важных для практических целей свойств материалов. Например, корольки плавленого вольфрама, которые получают в инертной атмосфере в вольтовой дуге, хрупки из-за присутствия различных примесей, в том числе межкристаллитных оксидных пленок, образующихся при застывании металла. Прессованием порошков вольфрама и последующим спеканием изделий в атмосфере водорода изготавливают прочные металлические бруски, которые можно ковать, катать из них листы, штамповать при нагревах ниже температур рекристаллизации.

Немаловажную роль в повышении качества металлических материалов играет разработка новых, в том числе жаростойких сплавов. Например, если в 50-х годах авиационный газотурбинный двигатель на 20 % изготавливали из алюминиевых сплавов, на 71 % из стали и на 9 % из никелевых сплавов, то спустя четверть века, алюминиевых сплавов осталось лишь 2 %, стали – 4 %, тогда как титановые сплавы составили 28 %, а количество никелевых сплавов, из которых выполняют основные несущие детали двигателя, увеличилось до 66 %.