Мир сплавов вокруг нас

   Здравствуйте, Уважаемые читатели! Продолжаем разговор о металлах и сплавах.
Сегодня поговорим о сплавах металлов, которые окружают нас и об интересных их свойствах.
Итак, начнем. С чего бы начать? С захода в квартиру. Достали ключик, вставили в замочную скважину – щелчок и дверь в ваш Сезам открылась. Давайте, пристально посмотрим на то, что мы сейчас сделали. Мы используем много видов ключей для разных задач, и все они изготовлены из разных материалов, но в своих карманах мы скорее обнаружим именно два вида ключей: один из них серебристый, а второй латунный.  Насколько это важно нам и чем они отличаются?

 Давайте посмотрим, из каких элементов он состоит. Если у ключа медный оттенок, что указывает на наличие в его составе меди и цинка. Сплав меди с цинком и даёт латунь. Но существует много видов или классов латуни, каков же состав металла, из которого делают ключи? Для ключей используют латунь с примерным содержанием цинка в 37% и содержанием меди в 63%.
Подобный состав латуни считается обычным и широко распространённым. Так почему же используется латунь? Латунь довольно дешёвый, коррозийно-устойчивый сплав, который обладает средней твёрдостью и хорошо поддаётся обработке. Не будем забывать, что заготовки ключей из этого сплава нужно еще фрезеровать, чтобы придать им нужный рельеф, который позволит открыть дверной замок.

Давайте теперь перейдём к ключам серебристых оттенков. Исходя из названия, поверхность никелированного ключа будет серебристо - белой. Но если мы посмотрим такой ключ под микроскопом в разрезе, то увидим, что внутри ключ цвета латуни.
Так для чего ключи покрывают никелированным слоем? Никелированное покрытие даёт бОльшую устойчивость к коррозии и повышает износостойкость по сравнению с латунью.

Также мы можем встретить плоские ключи с серебристо-зеркальным покрытием, как правило, такие ключи тяжелее и под определенным наклоном отдают желтоватыми нотками. Данный сплав имеет несколько названий, например такие как: мельхиор, нейзильбер или германское серебро.
Подобные ключи чаще используются для дверных замков в промышленности или на производстве.

По составу такие ключи состоят из меди 60%, цинка 20% и никеля 20%. Но в зависимости от назначения и места использования, пропорции цинка и никеля могут меняться: 30 на 10%, 10 на 30% и т.п. Увеличение доли никеля в составе сплава повышает твёрдость, устойчивость ключа к коррозии, повышает износостойкость, но и увеличивает его стоимость, так как никель самый дорогой металл в этом сплаве.
Ну, вот, вроде простой предмет – ключ, а получилась почти что лекция…

Пойдем дальше. Повернув ключ, мы выводим запирающее устройство из стопорного состояния. Блестящие цилиндрики (квадратики, или овальники) прячутся в корпусе замка.
Интересно, из чего они сделаны? Выдвижные ригели замков, как правило, делают из нержавеющей стали покрытой сверху цементирующим составом. Это может быть насыщение поверхности ригеля углеродом при высокой температуре, или насыщение ванадием. Такой ригель распилить простой ножовкой по металлу невозможно.
Что еще интересного есть в замке? А там есть еще и пружинки.

Если замок цилиндрического типа, то маленькие ригельки внутри его подпираются пружинками, сделанными из высокоуглеродистой стали. Если замок сувальдного типа, то там пружина (пластина) изготовлена из стали с меньшим содержанием углерода.
Итак, вы вошли. Включили в прихожей свет. Какие сплавы начинают работу? Ну,
во первых, в выключателе начинает работу сплав латунь (небольшие полосочки желтоватого цвета). Потом электрический ток побежал по проводам к лампочке.

В лампочке тоже есть сплавы:
Нить накаливания сделана из вольфрама W. Не совсем чистого. С присадками (менее 1% в сумме) оксида кремния SiO2, калия K, натрия Na, иногда оксида алюминия Al2O3.

Держатели нити накаливания сделаны из чистого молибдена Mo. Молибден сохраняет упругость при температуре близкой к температуре его плавления (2623°C = 2896 K, что как бы кстати немного выше 2700 K — температуры раскалённой вольфрамовой нити).

Электроды сделаны из никелированного железа (Fe, Ni). Железная проволока, покрытая никелем. А вовсе не из чистого никеля, как написано везде в интернете
Вводы (кусочки проволоки внутри стекла) сделаны из платинита. Платинит — сплав, состоящий из никеля Ni (42..46%), углерода C (0.15%), железа Fe (54..58%). Из платинита изготавливают биметаллические проволоки и ленты (снаружи — медь, в количестве 1/4 по массе от массы сердечника). Их также называют платинитом. Именно эта медь видится красной проволокой внутри стекла ламп. Платинит имеет такой же тепловой коэффициент линейного расширения, как у стекла, поэтому в этом месте при нагревании лампы ничего не трескается и проволока не выпадает из стекла.

Выводы сделаны из меди Cu, технической, неизвестной чистоты.
Один из выводов припаян к цоколю либо оловянно-свинцовым припоем  ПОС-40 (40% олова Sn, 60% свинца Pb), либо точечной контактной сваркой.

Цоколь сделан из оцинкованного железа. Цоколь приклеен к колбе мастикой следующего состава: смесь мраморного порошка, фенолформальдегидного лака, карбамида и уротропина. Сначала при нагревании эта смесь размягчается и прилипает к стеклу колбы и железу цоколя, затем, при дальнейшем нагревании до 240°C, затвердевает.

Изолятор между двумя контактами цоколя сделан из смальты — окрашенное (в данном случае чёрным пигментом-наполнителем) в массе стекло.

Контактная пластина (скорее полусфера, пупырышек) сделана либо из латуни, к которой второй вывод припаян оловянно-свинцовым припоем, либо из оцинкованного железа. Как видите, даже в такой простой электролампе сколько сплавов!

Пойдем дальше. Снимаем верхнюю одежду и вешаем на крючки раздевалки.
А из чего изготовлены, эти крючки? - Из самого широко распространенного дюраля (дюралюминия) – сплава меди, магния и марганца.

Проходим на кухню. Включаем плиту, чтобы разогреть еду. Если это электроплита, то здесь включается в работу нагревательный элемент, состоящий из сплава на основе никеля, хрома, железа и алюминия, все зависит от производителя.
Самым широко распространенным является нихром – сплав никеля и хрома.

Фехраль – это сплав на основе алюминия, железа и хрома используются для производства недорогих нагревателей.  Недостатки фехралевых сплавов – более слабая, по сравнению с нихромом, сопротивляемость коррозии и окислению, высокая степень температурного расширения, хрупкость, подверженность намагничиванию и изменяемость электрических качеств после многочисленных циклов использования в качестве ТЭНов.

Широкое применение получили проволочные нагреватели, сделанные из нихрома и фехраля. Они применяются в основном в варочных панелях, электрочайниках и кофемашинах, т.е. там, где требуется быстрый нагрев.

А в какой посуде вы разогреваете и готовите еду? Из чего она сделана? Видов сплавов, применяемых в пищевой промышленности, довольно много. Самая популярная – блестящая, нержавеющая посуда.

Нержавеющая посуда непременно присутствует на каждой кухне – хоть одна кастрюлька у хозяйки, да найдется. А уж о ложках - поварешках и говорить нечего – хорошая кухонная утварь изготавливается только из антикоррозионных сплавов. Что же, рассмотрим ее повнимательнее, из каких металлов ее делают.

Самой лучшей считается  аустенитная сталь (или aisi 304), которая используется для изготовления только лучшей наплитной посуды. Европейские производители нередко применяют ее и для элитных столовых приборов. Но и цена ее, соответственно европейская…

Наиболее дешевая - 201 или 202 – так называемая медицинская или хирургическая сталь, годится только для простой кухонной утвари.

Эти сплавы содержат гораздо меньше никеля, который производители частично заменяют марганцем.
 
Рядом с блестящей кастрюлькой серой мышкой выглядит дюралевая сковородочка. Но и она участвует в приготовлении пищи!

А принимаем мы пищу, используя ножи, ложки и вилки из различных металлов и сплавов.
От бабушек, вероятно, остались алюминиевые ложки и вилки, чугунные сковородки и чугунки. Но это в деревнях, в городах, едва ли такое встретишь.
От них же, в некоторых семьях остались в наследство серебряные столовые приборы. Серебро очень прочный металл и хранится без истирания очень долго.

Есть и другие сплавы, похожие на серебро.
Самый широко распространенный сплав – мельхиор.
Это серебристо-белый сплав из смеси меди с никелем. Ещё во времена СССР иметь столовый набор из этого материала считалось признаком состоятельности.
По внешнему виду очень напоминает серебро, что и не удивительно, ведь на большинство изделий из мельхиора наносят серебряное напыление. Однако по качеству этот сплав превосходит серебро. Мельхиоровые ложки устойчивы к перегибам и деформации, а следовательно, долговечнее и сохраняют свою изначальную форму на более долгий срок. Столовые приборы из мельхиора перестали выпускать в 50-х годах прошлого столетия, его достойно заменил нейзильбер.

Нейзильбер (в дословном переводе с немецкого «новое серебро») — сплав меди, никеля и цинка. По внешнему виду очень напоминает столовое серебро, в чём и проявляется его основное преимущество над другими сплавами. Не подвержен коррозии, не гнётся, довольно долговечный. Цена на ложки из нейзильбера значительно ниже, чем из серебряные или мельхиоровые, а по качеству они практически ничем не отличаются. Изделия из нейзильбера обязательно подвергают серебрению, иначе у пищи наблюдается привкус металла.

Вне всякой конкуренции главенствующее место на кухне занимает нержавеющая сталь. Самый распространённый сплав, из которого сейчас изготавливают ложки. Чаще всего используют нержавейку марки 10/18, состоящую из 10 % никеля и 18 % хрома. Никель защищает от пищевых кислот и придаёт ложке блеск, а хром обеспечивает прочность и антикоррозийные свойства металла. Ложки из нержавейки не склонны к потемнению, тусклости, излому. На вид выглядят очень привлекательно и цена их не высокая.

Покушали? Надо вымыть посуду! Открываем кран. А из чего он сделан? Водопроводные краны делают из латуни - сплава меди с цинком.

Оставили на плите кастрюльку с варевом, а сами ушли отдыхать. И тут зазвенел звонок, замигала сигнальная лампа. Что произошло? Ах, блин, забыл (а) выключить плиту, кажется, пожар…Не дай Бог! На охране вашей квартиры от такой неприятности стоят легкоплавкие сплавы, помещенные в небольшие коробочки под потолком.
Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда состоящий из олова, свинца, висмута и кадмия.

Включили музыку. Какие сплавы здесь начали работу? За целостность корпуса вашего музыкального центра отвечает немагнитная сталь: 0,25 – 0,35 % углерода, 22 – 25 % никеля, 2 – 3 % хрома, остальное – железо.

Пайка проводов и разъемов радиодеталей осуществляется с помощью легкоплавких сплавов на основе олова, свинца и серебра.
Высокую электропроводность обеспечивают сплавы золота и серебра.

Интересны сплавы железа, которые применяются для изготовления сейфов. Как правило, сведения о составе таких сплавов засекречены по понятной причине. Но кое-что известно.

Простые, комнатные, или бытовые сейфы изготавливаются из конструкционной углеродистой стали. Чтобы повысить надежность сейфа к резке, сверлению, их изготавливают из легированных сталей с добавкой хрома, молибдена, марганца. Такие сейфы можно сверлить только алмазным сверлом. Часто применяют сплав алюминия с корундом. Такой сейф разрезать «болгаркой», или автогеном не удастся.

Есть сорта сталей, которые усиливают прочность при нагрузке – сверлении, рубке зубилом…
В последние годы самым популярным стал сейф, изготовленный из металлокерамического сплава, не поддающегося почти никакому механическому воздействию.


Как видите, на вас работает довольно много сплавов, о которых мы просто не задумываемся.