Skład, budowa i właściwości stopów metali

Niestety starożytni mistrzowie nie pozostawili opisów metod obróbki stopów ani informacji o tym, jaki był ich skład. Ale w starożytności ludzie już wiedzieli, jak pracować ze stopami i robić z nich różne przedmioty. Można znaleźć taką literaturę sięgającą średniowiecza, jednak źródła te są dość trudne do rozszyfrowania, aby zrozumieć całą terminologię i nazwy stopów. Dlatego informacje o składzie stopów metali danego przedmiotu można obecnie uzyskać jedynie na podstawie samych rzeczy: starożytnych narzędzi, broni, biżuterii, monet, naczyń.

Stop jest makroskopowym jednorodnym układem składającym się z dwóch lub więcej metali (czasami mogą to być metale i niemetale), które mają charakterystyczne właściwości metaliczne. Innymi słowy, stop to dowolny jednorodny układ uzyskany przez stapianie metali, niemetali lub związków organicznych. Przykłady stopów metali: stal, brąz, żeliwo. Różnią się od czystych metali swoimi właściwościami – wytrzymałością, twardością, oporem elektrycznym.

Z reguły stopy biorą swoje nazwy od nazw pierwiastków, które są w nich zawarte w największych ilościach. Na przykład w stopie aluminium głównym elementem jest aluminium, w stopie żelaza żelazo.

Istnieją różne rodzaje stopów metali. Do jakiego rodzaju należy dany stop, można określić na podstawie następujących czynników:

• Charakter metalu będącego podstawą stopu:

• Liczba komponentów:

• Nieruchomości:

• Struktura:

• Technologia produkcji stopów:

Właściwości stopu

Na właściwości stopów wpływa nie tylko ich skład, ale także metody obróbki mechanicznej i cieplnej. Jeszcze w XIX wieku metodą prób i błędów poszukiwano nowych, praktycznie użytecznych stopów, ucząc się także odróżniać metale od niemetali. I dopiero pod koniec XIX i na początku XX wieku stopy metali i ich właściwości zostały dokładniej zbadane dzięki fundamentalnym odkryciom w dziedzinie chemii fizycznej.

W metalurgii istnieją następujące rodzaje stopów:

• Związek chemiczny. (Powstaje w wyniku interakcji chemicznych).
• stałe rozwiązanie. (Atomy tworzące stop tworzą wspólną sieć krystaliczną).
• mieszanka mechaniczna. (Charakteryzuje się niezależną krystalizacją każdego elementu stopu).

Właściwości mechaniczne stopów

Główne właściwości mechaniczne to lepkość, plastyczność, wytrzymałość, pełzanie, twardość, odporność na zużycie, wytrzymałość. Są to główne cechy wszystkich stopów metali.

Właściwości fizyczne

Właściwości fizyczne stopów obejmują ciężar właściwy, przewodność elektryczną, współczynniki rozszerzalności objętościowej i liniowej, przewodność cieplną, temperaturę topnienia i spawalność.

Właściwości chemiczne stopów

Odporność chemiczna stopów i metali zależy od ich odporności na działanie chemiczne różnych agresywnych środowisk. Typowym przykładem działania chemicznego jest proces korozji (utleniania metali).

Film o stopach metali i ich właściwościach

Struktura stopów metali

Główny pierwiastek stopu metali określa strukturę krystalograficzną tego stopu wraz z jego siecią atomową. Wszystkie inne elementy w stosunku do głównego są zanieczyszczeniami. Tak więc strukturę stopów metali można rozpatrywać na przykładzie stali: jej strukturę krystalograficzną określa sieć krystalograficzna żelaza, dlatego ta chwała nazywana jest stalą. Jeśli wśród pierwiastków tworzących stop sieć krystaliczną tworzy nie żelazo, ale na przykład kobalt lub nikiel, wówczas stopem będzie kobalt lub nikiel.

Czyste metale zawsze mają prostszą strukturę niż stopy. Strukturę stopów metali i przemiany w nich zachodzące bada się różnymi metodami badawczymi.

Zdecydowana większość stopów metali ma strukturę krystaliczną, a charakterystyka właściwości stopów metali jest taka sama jak charakterystyka właściwości metali. Obecnie strukturę stopów metali bada się metodami radiograficznymi i rentgenowskimi.

Amorficzne stopy metali

Amorficzne stopy metali to stopy i metale, których atomy mają przypadkowy układ. Właściwości metali amorficznych znacznie różnią się od właściwości charakterystycznych dla kryształów metali, w których atomy są uporządkowane.

Podczas tworzenia amorficznej struktury stopu zachodzą zasadnicze zmiany takich właściwości jak: elektryczne, magnetyczne, mechaniczne, nadprzewodzące i inne. Niektóre z nich są bardzo interesujące zarówno dla praktyki, jak i dla nauki.

Ponieważ atomy w stopionym metalu nie mogą zająć stałej pozycji w przestrzeni, naukowcy próbowali „zamrozić" przypadkowo rozmieszczone atomy metodą natychmiastowego chłodzenia. W ten sposób wynaleziono metodę hartowania ze stanu ciekłego – główną metodę otrzymywania szkła metalicznego. Stopy amorficzne otrzymane tą metodą mają taką samą budowę jak struktura zamrożonej cieczy.

Stopy amorficzne charakteryzują się bardzo wysoką odpornością korozyjną, przenikalnością magnetyczną, twardością, wytrzymałością, a jednocześnie dużą odpornością na pękanie.

Można zatem stwierdzić, że amorficzne szkła metaliczne mają dobre właściwości mechaniczne. Jednak mimo to nie są one wykorzystywane do produkcji krytycznych elementów konstrukcyjnych, ponieważ są drogie i mają złożoną technologię produkcji.