• " onclick="window.open(this.href," win2 return false >Печать
• E-mail

Подробности Категория: Металл

Металлы и сплавы

В промышленности металлы применяются в основном в виде сплавов : черных (чугун, сталь) и цветных (бронза, латунь, дюралюминий и др.)

.
Сталь и чугун - это сплавы железа с углеродом . Но в стали содержание углерода немного меньше, чем в чугуне.

В чугуне содержится от 2 до 4% углерода. В состав чугуна входят также кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун - хрупкий твердый сплав. Поэтому его используют в тех изделиях, которые не будут подвергаться ударам. Например, из чугуна отливают радиаторы отопления, станины станков и другие изделия.

Сталь , как и чугун, имеет примеси кремния, фосфора, серы и других элементов, но в меньшем количестве.
Сталь не только прочный, но и пластичный металл. Благодаря этому она хорошо поддается механической обработ ке. Сталь бывает мягкой и твердой .

Более твердая сталь используется для изготовления проволоки, гвоздей, шурупов, заклепок и других изделий.

Из очень твердой стали делают металлические конструкции (конструкционная сталь ) и режущие инструменты (инструментальная сталь). Инструментальная сталь имеет большую, чем конструкционная, твердость и прочность.

Добавление в сталь таких элементов, как хром, никель, вольфрам, ванадий , позволяет получить сплавы с особыми физическими свойствами - кислотостойкие, нержавеющие, жаропрочные и т. д.

Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах . Руду вместе с коксом (специально обработанным углем, который дает при горении высокую температуру) загружают в доменную печь сверху. Снизу в домну все время вдувают чистый горячий воздух, чтобы кокс лучше горел. Внутри печи образуется высокая температура, руда плавится, и полученный чугун стекает на дно печи. Расплавленный металл вытекает из отверстия домны в ковши. Из смеси чугуна со стальным ломом в мартеновских печах, конверторах и электропечах получают сталь.

Из цветных сплавов наиболее широко применяются бронза, латунь и дюралюминий .

Бронза - желто-красный сплав на основе меди с добавлением олова, алюми ния и других элементов. Отличается высокой прочностью, стойкостью против коррозии. Из бронзы отливают художественные изделия, делают сантехническую арматуру, трубопроводы, детали, работающие в условиях трения и повышенной влажности.

Латунь - сплав меди с цинком , желтого цвета. Имеет высокую твердость, пластичность, коррозийную стойкость. Выпускается в виде листов, проволоки, шестигранного проката и применяется чаще всего для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности.

Дюралюминий - сплав алюминия с медью, цинком, магнием и другими металлами, серебристого цвета. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, хорошо обрабатывается. Дюралюминий широко применяют в авиастроении, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Основные свойства металлов

Вы знаете, что металлы обладают различными свойствами . Одни из них мягкие, вязкие , другие твердые, упруг ие или хрупкие . Знать свойства металлов необходимо для того, чтобы правильно определить наиболее подходящий для того или иного изделия материал.

Физические свойства.

К этим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления .

Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах.
Металлы различаются по цвету. Например, сталь - сероватого цвета , цинк - синевато-белого , медь - розовато-красного .
При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.

Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем не окисленного.

Удельный вес - вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах . Например, углеродистая сталь имеет удельный вес, равный 7,8 г/см3. В авто- и авиастроении вес деталей является одной из важнейших характеристик, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими. Чем больше удельный вес металла, тем более тяжелым (при равном объеме) получается изделие.

Теплопроводность - способность металла проводить тепло - измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за 1 мин. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.

Температура плавления - температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое . У стали, например, температура плавления гораздо более высокая, чем у олова.

Чистые металлы плавятся при одной постоянной температуре, а сплавы - в интервале температур.

Механические свойства.

К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость .
Эти свойства обычно являются решающими показателями, по которым судят о пригодности металла к различным условиям работы.

Прочность - способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки .

Твердость - способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела . Если ударить молотком по кернеру, поставленному на стальную пластинку, образуется небольшая лунка. Если то же самое сделать с пластинкой из меди, лунка будет больше. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругость - свойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки . Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов. Попробуйте одновременно растянуть и отпустить пружины из стальной и медной проволоки. Вы увидите, что первая вновь сожмется, а вторая останется в том же положении. Значит, сталь более упругий материал, чем медь.

Пластичность - способность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил . Пластичность - свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.

Вязкость - способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Например, если наносить удары по чугунной плите, она разрушится. Чугун - хрупкий металл. Вязкость - свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу - сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав - это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

Сплав по сравнению с исходным металлом может быть:

• механически прочнее и твёрже,
• со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
• устойчивее к коррозии,
• устойчивее к высоким температурам,
• практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо - сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) - более \(2\) %). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия - прочным.

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия .

Такие сплавы железа, как стали , отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

Сплавы алюминия , используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин - сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния , очень лёгкие и жароустойчивые.

В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана .

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют - вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром .

Инструментальные сплавы

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали , которые прошли специальную обработку (закалку).

Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием .

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Применение сплавов в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля . Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта .

Сплав никеля с хромом - нихром, отличающийся высоким сопротивлением - используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.

Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.

Применение легкоплавких сплавов

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

Легкоплавкие сплавы производят из висмута , свинца , кадмия , олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда . А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.

Применение сплавов в ювелирном деле

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

Самая лучшая добавка - это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра - ювелирные изделия и электрические контакты.

Ювелирные изделия из сплавов золота	Позолоченные электрические контакты

Сплавы в искусстве

Оловянная бронза (сплав меди с оловом ) - один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве - производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

Чугун - металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д. Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла. В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.

Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.

Классификация

Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:

Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.

Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.

Свойства сплавов

Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.

Основные виды сплавов

Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.

Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств. Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы, так и неметаллы. Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор.

Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических. Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях. До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.

Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.

Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.

Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.

Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.

Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.

Цинковые сплавы

Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.

Титановые сплавы

Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.

Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.

Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:

1. 1. • аэрокосмическая;
      • химическая;
      • атомная;
      • криогенная;
      • судостроительная;
      • протезирование.

Алюминиевые сплавы

Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.

Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.

Алюминиевые сплавы подразделяют на:

1. 1. • Литейные (с кремнием). Применяются для получения обычных отливок.
      • Для литья под давлением (с марганцем).
      • Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).

Основные преимущества соединений алюминия:

1. 1. • Доступность.
      • Малый удельный вес.
      • Долговечность.
      • Устойчивость к холоду.
      • Хорошая обрабатываемость.
      • Электропроводность.

Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.

Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.

Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.

Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.

Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.

Медные сплавы

Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой.

Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.

Латунь — смесь меди и цинка

Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.

Твердые сплавы

Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100 о С.

В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.

Основными сферами применения являются:

1. 1. • Режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики, плашки, резцы и т.п.).
      • Измерительный инструмент и оборудование (линейки, угольники, штангенциркули рабочие поверхности особой ровности и стабильности).
      • Штампы, матрицы и пуансоны.
      • Валки прокатных станов и бумагоделательных машин.
      • Горное оборудование (дробилки, шарошки, ковши экскаваторов).
      • Детали и узлы атомных и химических реакторов.
      • Высоконагруженные детали транспортных средств, промышленного оборудования и уникальных строительных конструкций, таки, например, как башня Бурж — Дубай.

Существуют и другие области применения твердосплавных веществ.

Металлургия в нашей жизни занимает исключительно важную роль. Нет, далеко не каждый из нас принадлежит к славному сословию сталеваров, но мы ежедневно сталкиваемся с изделиями из металлов. Как правило, сделаны они из самых разнообразных сплавов. Кстати, а что это такое?

Основные определения

Вообще сплавы металлов - это материалы, полученные методом выплавки, при производстве которых были использованы два или более металлических элемента (в химическом смысле), а также (опционально) специальные присадки. Одним из первых материалов такого рода была бронза. В ее состав входит 85% меди и 15% олова (80:20 в случае колокольной бронзы). В настоящее время существует несколько разновидностей этого соединения, в составе которых вообще нет олова. Но встречаются они не так уж и часто.

Нужно четко понимать, что сплавы металлов в большинстве случаев образуются вообще без участи человека. Дело в том, что получить абсолютно чистый с химической точки зрения материал можно только в лаборатории. В любом металле, который используется в бытовых условиях, наверняка есть следы другого элемента. Классический пример - золотые украшения. В каждом из них есть определенная доля меди. Впрочем, в классическом смысле под этим определением все равно понимают соединение двух и более металлов, которое было целенаправленно получено человеком.

Вся история человека является отличным примером того, как сплавы металлов оказались способны оказать огромное влияние на развитие всей нашей цивилизации. Не случайно есть даже длительный исторический период, который называется «Бронзовый век».

Общие характеристики сплавов металлов

А сейчас мы рассмотрим общие свойства металлов и сплавов, которыми те характеризуются. Их же очень часто можно встретить в специализированной литературе.

Характеристика	Расшифровка
Прочность	Способность сплава противостоять механическим нагрузкам и противиться разрушению.
Твердость	Свойство, которое определяет сопротивляемость материала попыткам внедрить в его толщу деталь из другого сплава или металла.
Упругость	Способность к восстановлению начальной формы после приложения значительного механического усилия, нагрузки.
Пластичность	Напротив, это свойство, характеризующее возможность изменения формы и размером под действием приложенного усилия, механической нагрузки. Кроме того, это оно же характеризует способность детали сохранять вновь приобретенную форму на протяжении длительного времени.
Вязкость	— способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам

Вот какими качествами характеризуются сплавы металлов. Таблица поможет вам в них разобраться.

Сведения о производстве

В принципе, в настоящее время под «сплавом» вполне может пониматься материал, в основе которого лежит только один химический элемент, но «разбавленный» целым пакетом присадок. Наиболее распространенный способ их получения, расплавление до жидкого состояния, мало изменился с глубокой древности.

К примеру, анализ металлов и сплавов показывает, что древние индийцы овладели удивительным для своего времени уровнем обработки металла. Они даже начали создавать сплавы с использованием тугоплавкого цинка, что и в наше время является довольно-таки трудоемкой и сложной процедурой.

На сегодняшний день для этих целей довольно широко используется также порошковая металлургия. Особенно часто этим методом обрабатывают черные металлы и сплавы на их основе, так как в этом случае зачастую требуется максимальная дешевизна как самого процесса, так и выпускаемой продукции.

Распространение сплавов в современной промышленности

Следует заметить, что все металлы, которые интенсивно используются современной промышленностью, являются именно сплавами. Так, более 90% всего получаемого в мире железа идет на изготовление чугунов и различных сталей. Объясняется такой подход к делу тем, что сплавы металлов в большинстве случаев демонстрируют лучшие свойства, нежели чем их «прародители».

Так, предел текучести чистого алюминия составляет всего лишь 35 Мпа. А вот если в него добавить 1,6% меди, магния и цинка в соотношении 2,5% и 5,6% соответственно, то этот показатель может легко превысить даже 500 МПа. Кроме прочего, можно значительно улучшить свойства электропроводности, теплопроводности или другие. Никакой мистики в этом нет: в сплавах строение кристаллической решетки изменяется, что и позволяет приобретать им прочие свойства.

Проще говоря, количество такого рода материалов в наши дни велико, но оно постоянно продолжает расти.

Основные классификационные сведения

В общем-то, никаких особенных сложностей здесь нет: соединения, в которых использованы цветные металлы и сплавы на основе железа. Ниже мы разберем обе этих категории на примере основных видов, а также обсудим сферы их применения в современной промышленности и на производстве.

Стали

Все соединения железа, содержащие до 2% углерода, называются сталями. Если в составе имеется хром, ванадий или молибден, то их называют легированными. С этими материалами мы сталкиваемся постоянно, ежедневно и ежечасно. Количество сталей на сегодняшний день таково, что одно их перечисление могло бы занять не слишком тонкую книгу.

Как ни странно, но свинец издавна был известен поварам и рестораторам, так как из него нередко делали столовую посуду и приборы. Сплав, который использовался для этого, называется пьютер. В его состав входит приблизительно 85-90% олова. Оставшиеся 10-15% как раз-таки занимает свинец (стандартный сплав двух металлов).

Техники также наверняка знакомы с баббитами. Это также соединения на основе свинца, в состав которых также входит олово, а также мышьяк и сурьму. Эти сплавы весьма ядовиты, но из-за некоторых особых качеств их активно используют в подшипниковой отрасли промышленности.

О легких сплавах

Как мы уже говорили, свойства металлов и сплавов отличаются тем, что у вторых во многих случаях характеристики выше. Особенно это заметно в отношении современной промышленности. В последние годы ей требуется огромное количество легких сплавов, которые обладают повышенной механической прочностью, а также устойчивостью к воздействиям неблагоприятных факторов внешней среды и высокой температуре.

Чаще всего для их производства используется алюминий, бериллий, а также магний. Особенно востребованы соединения на основе алюминия и магния, так как сфера их возможного применения чрезвычайно широка.

Сплавы на основе алюминия

Как мы уже говорили, без них современную промышленность представить себе решительно невозможно. Судите сами: сплавы алюминия активно применяются в авиационной, космической, военной, научно-инженерной и прочих отраслях. Без алюминия невозможно представить себе производителей современной бытовой и мобильной техники, так как корпуса из этого металла все чаще используются современными флагманами этих отраслей.

Какими они бывают?

Делятся сплавы алюминия сразу на три большие группы:

• Литейные (Al - Si). Особенно широко они распространены в автомобилестроении и военной промышленности.
• Сплавы, предназначенные для литья под давлением (Al - Mg).
• Соединения повышенной прочности, самозакаливающиеся (Al - Cu).

Достоинства и недостатки этого материала

Многие сплавы из этого материала экономичны, сравнительно недороги и весьма долговечны, так как не поддаются коррозии. Отличаются высокой прочностью в условиях экстремально низких температур (аэрокосмические отрасли) и весьма простым процессом обработки. Для их формовки не требуется особенно сложного и дорогостоящего оборудования, так как они сравнительно пластичные и вязкие (смотрите таблицу с характеристиками).

Увы, но есть у них и свои недостатки. Так, при температурах выше 175 °С механические свойства алюминия и сплавов на его основе начинают стремительно ухудшаться. Зато благодаря наличию амальгамы на их поверхности (защитной пленки из гидроксида алюминия) они обладают выдающейся устойчивостью к действию агрессивных химических сред, в том числе кислот и щелочей.

Они имеют отличную электропроводность и теплопроводность, немагнитны. Считается, что они абсолютно безвредны для здоровья человека, а потому их можно использовать для производства пищевой посуды и столовых принадлежностей. Впрочем, последние исследователи медиков все же говорят о том, что соединения алюминия в некоторых случаях могут провоцировать развитие болезни Альцгеймера.

Военные полюбили эти материалы за то, что они не дают искр даже при резких механических воздействиях и ударах. Кроме того, они отлично поглощают ударные нагрузки. Проще говоря, некоторые эти сплавы металлов (состав которых чаще всего засекречен) активно используются для производства легкой брони для оснащения ей разнообразных БТР, БМП, БРДМ и прочей техники.

Благодаря всем этим свойствам сплавы на основе повсеместно используют для производства поршней для двигателей внутреннего сгорания, а также в производстве строительных конструкций (устойчивость к коррозии). Широко используется алюминий и материалы на его основе в производстве отражателей для светотехнических представлений, электропроводки, а также для изготовления корпусов разнообразной техники (не намагничивается).

Важно заметить, что даже в теоретически чистом алюминии порой содержится значительная примесь железа. Оно может способствовать более высокой механической прочности материала, но его присутствие делает сплав на основе алюминия сильно подверженным коррозионным процессам. Кроме того, сплав в значительной степени утрачивает свою пластичность, что также не слишком хорошо в большинстве случаев.

Ослабить негативное действие примесей железа помогает кобальт, хром или марганец. Если же в состав сплава входит литий, то получается весьма прочный и упругий материал. Неудивительно, что такое соединение пользуется большой популярностью в авиакосмической промышленности. Увы, но сплавы лития с алюминием имеют неприятное свойство, которое опять-таки выражается в плохой пластичности.

Подведем некоторые итоги. Получается, что основные сплавы металлов в космонавтике, авиации и прочих высокотехнологичных отраслях, имеют в своем составе алюминий. В общем-то, именно так и обстоят дела на сегодняшний день, но нередко в современной промышленности используется магний и его сплавы.

Сплавы магния

Они имеют крайне невысокую массу, а также характеризуются весьма впечатляющей прочностью. Кроме того, именно эти материалы великолепно подходят для литейной промышленности, а заготовки прекрасно поддаются токарной и фрезеровочной обработке. А потому их активно используют в производстве ракет и авиационных турбин, корпусов приборов, дисков автомобильных колес, а также некоторых сортов броневой стали.

Некоторые разновидности этих сплавов отличаются великолепными показателями вязкостного демпфирования, а потому они идут на производство деталей и конструкций, которым приходится работать в условиях экстремально высокого уровня вибраций.

Достоинства и недостатки магниевых сплавов

Они довольно мягкие, сравнительно неплохо сопротивляются износу, но отличаются не слишком впечатляющей пластичностью. Зато они отличаются прекрасной приспособленностью к формовке в условиях высоких температур, отлично приспособлены для соединения с использованием всех существующих разновидностей сварок, а также могут быть соединены посредством болтовых соединений, клепки и даже склеивания.

Увы, но все эти сплавы не отличаются особенной стойкостью к воздействию кислот и щелочей. Крайне негативно на них воздействует долгое пребывание в морской воде. Впрочем, магниевые сплавы на удивление стабильны в условиях воздушной среды, так что многими их недостатками можно пренебречь. Если же требуется надежно защитить такие детали от действия коррозии, то применяют нанесение хромового покрытия, анодирование или подобные же методы.

Их можно плакировать при помощи никеля, меди или хрома, предварительно погружая в расплав химически чистого цинка. При такой обработке резко возрастают показатели их прочности и устойчивости к истиранию. Нужно напомнить, что магний является довольно-таки активным с химической точки зрения металлом, а потому при работе с ним необходимо соблюдать хотя бы базовые меры безопасности.

Таким образом, производство металлов и сплавов является ключевой особенностью современной промышленностью. С каждым годом люди изобретают все больше способов получения новых материалов, так что вскоре мы наверняка получим совершенно невероятные соединения, которые будут сочетать в себе полезные свойства сразу нескольких групп материалов и химических элементов.

Металлы и их сплавы

Металлами являются вещества, характеризующиеся в обычных условиях высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, "металлическим" блеском, непрозрачностью и дру­гими свойствами, обусловленными наличием в их кристалличе­ской решетке большого количества не связанных с атомными ядрами подвижных электронов проводимости.

В технике металлы принято делить на черные (железо и сплавы на его основе) и цветные (все остальные).

Свойства металлов объясняются особенностями их стро­ения:

Расположением и характером движения электронов в атомах;

Расположением атомов, ионов и молекул в пространстве;

Размерами, формой и характером кристаллических об­разований.

Особенности атомного строения определяют характер вза­имодействия металлов, способность их давать различного рода соединения, в которые входят несколько металлов, металлы с неметаллами и т. д.

При разных температурах некоторые химические элемен­ты имеют 2 и более устойчивых типа кристаллических решеток. Существование одного металла в различных кристаллических формах (модификациях) при разных температурах называется полиморфизмом, или аллотропией, а переход из одного строе­ния в другое - полиморфным (аллотропическим) превращени­ем. Аллотропические формы, получающиеся в результате поли­морфного превращения, обычно обозначают начальными буква­ми греческого алфавита.

К таким полиморфным металлам относятся, например, ко­бальт (Со), олово (Sn), марганец (Мn), железо (Fe). В свою очередь изменение строения кристаллической решетки вызыва­ет изменение свойств - механических, химических и магнит­ных свойств, электропроводности, теплопроводности, тепло­емкости и др.

К металлам, которые имеют только один тип кристалличе­ской решетки и называются изоморфными, относятся алюми­ний (Аl), медь (Сu), никель (Ni), хром (Сr), ванадий (W) и др. Наиболее полную информацию о строении и свойствах метал­лов получают при использовании комплекса методов исследо­ваний:

Структурных (основаны на непосредственном наблюде­нии строения металла или сплава: макроскопический анализ, микроскопический анализ и пр.);

Физических (основаны на измерении различных физиче­ских свойств: тепловых, магнитных и пр.).

Так, например, метод элементного микроанализа измене­ния поверхности стоматологических сплавов в условиях рото­вой полости применяется многими исследователями [Гэни Г. с соавт., 1989].

Металлические сплавы - это макроскопически одно­родные системы, состоящие из двух или более металлов с ха­рактерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называются любые однородные системы, получаемые сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических ве­ществ.

Структура и свойства чистых металлов существенно отли­чаются от структуры и свойств сплавов, состоящих из двух и более металлов. По количеству элементов (компонентов спла­ва) различают двух-, трех- или многокомпонентные сплавы.

Образование новых однородных веществ при взаимном проникновении атомов называют фазами сплава.

В расплавленном состоянии все компоненты обычно нахо­дятся в атомарном состоянии, образуя неограниченный жидкий однородный раствор, в любой точке которого химический со­став статистически одинаков. При затвердевании расплава ато­мы компонентов укладываются в порядке кристаллической ре­шетки, образуя твердое кристаллическое вещество - сплав.

Существуют три типа взаимоотношений компонентов сплава:

1) образование механической смеси, когда каждый эле­мент кристаллизуется самостоятельно, при этом свойства сплава будут усредненными свойствами элементов, которые его об­разуют;

2) образование твердого раствора, когда атомы компонен­тов образуют кристаллическую решетку одного из элементов, являющегося растворителем, при этом тип решетки основного металла сохраняется;

3) образование химических соединений, когда при крис­таллизации разнородные атомы могут соединяться в опреде­ленной пропорции с образованием нового типа решетки, отли­чающейся от решеток металлов сплава. Образование химичес­кого соединения - сложный процесс, при котором создается новое вещество с новыми качествами, а решетка при этом име­ет более сложное строение. Соединение теряет основное свой­ство металла - способность к пластической деформации, ста­новится хрупким.

Соответственно этому, свойства сплавов будут зависеть от того, какие фазы в них образуются: твердые растворы, химиче­ские соединения или смеси чистых металлов. Если атомные объемы двух металлов и их температуры плавления резко отли­чаются, то в жидком состоянии такие элементы обладают, как правило, ограниченной растворимостью.

В то же время неограниченную растворимость, т.е. способ­ность образовывать твердые растворы в любых пропорциях, имеют только металлы с кристаллической решеткой одного ти­па. Металлы, расположенные недалеко друг от друга в табли­це Менделеева (Сu и Ni; Fe и Ni; Fe и Cr; Fe и Со; Со и Ni), или расположенные в одной группе (As и Sb; Аu и Ag; Аu и Сu; Big и Sb), имеют неограниченную растворимость.

Таким образом, взаимодействие элементов в сплавах и ха­рактер образующейся структуры определяются положением элементов в таблице Менделеева, типом кристаллической ре­шетки, размерами атомов, то есть физической природой эле­ментов.

Зависимость свойств от состава сплавов:

1) в сплавах, имеющих структуру механических смесей, свойства изменяются в основном прямолинейно. Некоторые свойства механических смесей, в первую очередь твердость и прочность, зависят от размеров частиц (то есть от степени дис­персности) - значительно повышаются при измельчении;

2) в сплавах - твердых растворах свойства изменяются по криволинейной зависимости;

3) при образовании химических соединений свойства изме­няются скачкообразно.

Многие физические и механические свойства сплавов чет­ко зависят от структуры, однако некоторые технологические свойства, такие, как литейные (т. е. способность обеспечить хо­рошее качество отливки) или свариваемость, зависят не столь­ко от структуры, сколько от того, в каких температурных ус­ловиях проходило затвердевание сплавов.

Так, например, стоматологические сплавы золота, отлитые в форму и быстро охлажденные в воде, будут иметь вид твердо­го раствора, отличающегося характерной мягкостью, ковкостью и меньшей прочностью, чем сплавы с упорядоченным расположе­нием атомов [Копейкин В. Н., 1995]. Однако если ту же отливку охлаждать медленно до комнатной температуры, то твердый рас­твор, превалирующий при температуре больше 424° С, полностью переходит в фазу AuCu путем перераспределения атомов в про­странственной кристаллической решетке в более упорядоченную структуру. Это приводит к повышению прочности и твердости при потере ковкости сплава. Сплавы с высоким содержанием зо­лота (выше 88%) не образуют упорядоченной фазы.

Поэтому о зависимости механических и физических свойств однофазных сплавов (а и р) говорят следующие поло­жения, известные из курса металловедения:

Твердость, прочность и электросопротивление твердых растворов выше, чем у чистых металлов;

Электропроводность и температурный коэффициент эле­ктросопротивления у твердых растворов ниже, чем у чистых металлов;

Электрохимический потенциал при этом изменяется по плавной кривой.

Помимо свойств металлической матрицы, имеющей опреде­ленную кристаллическую решетку и тем самым определяющую основные параметры механических свойств, на последние могут оказывать влияние дополнительное легирование такими элемен­тами, как молибден, вольфрам, ниобий, углерод, азот и др. Присутствие их в сплавах даже в небольших количествах значи­тельно повышает прочность, износостойкость, жаропрочность и другие свойства, необходимые при эксплуатации конструкций.

Добавка небольших количеств (0,005%) иридия и рутения превращает грубую зернистую структуру сплавов золота в мел­козернистую, что дает возможность улучшить на 30% проч­ность на растяжение и предел прочности при удлинении, не влияя при этом на твердость и предел текучести. Особенно эф­фективно увеличивается прочность при легировании кобальто-хромовых сплавов 4-6% молибденом и дополнительно 1-2% ни­обия в присутствии 0,3% углерода. В металлических сплавах об­разуются различные химические соединения как между двумя или несколькими металлами (их называют интерметаллидами), так и между металлом и неметаллом (карбиды, оксиды и т. д.).

Наличие неметаллических включений в структуре сплава ве­дет к образованию усталости, трещин, внутренних пор и полос­тей, коррозионному растрескиванию отливок, что приводит в ко­нечном счете к разрушению. Неметаллические включения играют существенную роль в процессе вязкого и усталостного разруше­ния. Основу неметаллических включений в сплаве Виталлиум со­ставляет марганец и кремний. В кобальтохромовом сплаве (КХС) содержатся включения нитридов титана и силикаты.

В связи с усталостью металла появляются микротрещины на границе неметаллических включений, зерен металла, кото­рые в процессе циклического нагружения увеличивают свои размеры, образуя магистральную трещину, приводящую к раз­рушению металла.

Основной характеристикой, определяемой при испытании на усталость материала, является предел выносливости - наи­большее напряжение, которое может выдержать материал без разрушения при произвольно большом числе перемен (циклов) нагрузки. Максимальное напряжение, не вызывающее разруше­ния, соответствует пределу выносливости.

Кроме механических испытаний, металлические материалы подвергаются технологическим испытаниям (изгиб, перегиб и др.) с целью определения их пригодности к различным техно­логическим операциям в процессе использования.

Приложение к образцу нагрузки при механическом испы­тании приводит к деформации.

Физико-механические свойства металлов и сплавов металлов. Металлы имеют различные цветовые от­тенки почти всего спектра, однако, как правило, для недраго­ценных металлов это серый, голубоватый, синеватый различной степени выраженности и разных комбинаций. Для драгоценных металлов характерны желто-оранжевая гамма и белесовато-се­ребристый оттенок, эти вещества обладают достаточно высокой плотностью. Так, плотность золотосодержащих сплавов состав­ляет 14-18 г/см 3 , плотность кобальтохромовых сплавов равна 8,4 г/см 3 , плотность никелехромовых сплавов - 8,2 г/см 3 . Как уже указывалось, они теплопроводны и электропроводны, а также расширяются и сжимаются соответственно при нагрева­нии и охлаждении.

Температура плавления у металлов широко варьирует. В связи с этим выделяют легкоплавкие металлы с температурой плавления ниже, чем у чистого олова (232° С), а также туго­плавкие металлы, температура плавления которых выше, чем у железа (1535° С). Между этими полюсами расположены средние температуры плавления, свойственные большинству метал­лов и сплавов. Температура плавления и температура затверде­вания чистых металлов всегда постоянны, и, пока не исчезнет одна фаза - расплавление твердой части при нагревании или затвердевание жидкой части при охлаждении,- температура остается неизменной.

Пластическая деформация приводит к изменению физиче­ских свойств металла, а именно:

Повышению электросопротивления;

Уменьшению плотности;

Изменению магнитных свойств.

Все внутренние изменения, которые происходят при плас­тической деформации, вызывают упрочнение металла. Прочно­стные характеристики (временное сопротивление, предел теку­чести, твердость) повышаются, а пластические - снижаются.

Нагартованные (имеющие наклеп) металлы более склонны к коррозионному разрушению при эксплуатации. Для полного снятия наклепа металлы подвергаются рекристаллизационному отжигу, то есть процессу возникновения и роста новых неде-формированных кристаллических зерен поликристалла за счет других зерен.

Рекристаллизацию применяют на практике для придания материалу наибольшей пластичности. Причем она протекает особенно интенсивно в пластически деформированных матери­алах при более высоких температурах. Температура рекристал­лизации имеет важное практическое значение. Чтобы восстано­вить структуру и свойства наклепанного (нагартованного) ме­талла (например, при продолжении штамповки коронки под прессом после наколачивания гильзы на мелотовой модели), его надо нагреть выше температуры рекристаллизации.

Совокупность свойств, характеризующих сопротивление металла и сплава действию приложенных к нему внешних меха­нических сил (нагрузок), принято называть механическими свойствами.

Силы могут быть приложены в виде нагрузки:

Статической (плавно возрастающей);

Динамической (возрастающей резко и с большой скоро­стью);

Повторно-переменной (многократно прикладываемой, изменяющейся по величине и направлению).

Соответственно этому механические испытания разделя­ют на:

Статические (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, твердость);

Динамические (ударный изгиб);

Усталостные (при повторно-переменном приложении на­грузки);

Высокотемпературные (например, на длительную проч­ность). Как правило, все испытания проводят в определенных условиях на образцах заданной формы и размера, т. е. по меж­дународным и по принятым в данной стране стандартам, что обеспечивает сопоставимость полученных результатов и пра­вильную их интерпретацию.

При растяжении или сжатии образец обладает способнос­тью сопротивляться упругим деформациям, что определяет же­сткость материала - модуль упругости Е. Размерность моду­ля упругости Е в системе СИ - Паскаль (Па, Н/м 2) или Мега-паскаль (МПа, Н/мм 2). Предел упругости указывается следую­щим образом - d 0,05 .

Для металлов характерна высокая прочность. При этом од­ни из них могут быть пластичными или упругими (пружинящи­ми), другие, наоборот, хрупкими. Предельная прочность золо­тых сплавов ниже прочности литых кобальтохромовых сплавов. Высокая прочность затрудняет отделку конструкции протеза, но противостоит повреждениям при его эксплуатации (в пер­вую очередь истиранию).

Из всех механических испытаний твердость определяется чаще всего, так как метод прост в применении.

Основными методами определения твердости являются ме­тоды внедрения в поверхность испытываемого металла стан­дартных наконечников из твердых недеформирующихся мате­риалов под действием статических нагрузок:

Метод Бринелля (вдавливание стального шарика опреде­ленного диаметра);

Метод Роквелла (вдавливание алмазного конуса или стального закаленного шарика диаметром 1,58 мм);

Метод Виккерса (вдавливание четырехгранной алмазной пирамиды с квадратным основанием).

Показателем твердости по Бринеллю является число твердо­сти, обозначаемое НВ (Н - Hardness, англ.- твердость, В - ини­циал фамилии автора метода - Brinell). Методом Бринелля мож­но испытывать материалы с твердостью не более НВ 450. Твер­дость по Бринеллю выражается в кгс/мм 2 . Если нагрузка выраже­на в ньютонах (Н), то число твердости по Бринеллю выражается в МПа. При этом размерность записывается так: НВ 320 МПа.

Твердость по Роквеллу обозначают HRA, HRB, HRC, (в за­висимости от применяемой шкалы А, В или С). Твердость по Виккерсу (HV) имеет такую же размерность, как числа твердо­сти по Бринеллю, т. е. МПа или кгс/мм. Числа твердости по Виккерсу и Бринеллю для материалов с твердостью до HV 400-450 фактически совпадают.

Твердость как характеристика сплава тесно связана с дру­гими его параметрами. Так, например, по мере повышения твердости сплавов золота предел текучести и прочность на рас­тяжение также увеличиваются, а при повышении твердости и прочности удлинение снижается.

Микротвердость сплава металлов можно изменять в про­цессе литья воздействием на него электромагнитного поля раз­личной частоты, что позволяет получить сплав с заданными свойствами [Бобров А. П., 2001].

В результате циклических напряжений металл "устает", прочность его снижается, и наступает разрушение образца (протеза). Такое явление называют усталостью, а сопротивле­ние усталости - выносливостью. Разрушение от усталости происходит всегда внезапно вследствие накопления металлом необратимых изменений, которые приводят к возникновению микроскопических трещин - трещин усталости, возникающих в поверхностных зонах образца. При этом чем больше на по­верхности царапин, выбоин и других дефектов, вызывающих концентрацию напряжения, тем быстрее образуются трещины усталости.

Химические свойства металлов и сплавов ме­таллов. К ним относятся растворимость, окисляемость, кор­розионная стойкость.

Способность металлов растворять различные элементы позволяет при повышенных температурах атомам вещества, ок­ружающего поверхность металла, диффундировать внутрь него, создавая поверхностный слой измененного состава.

При этой обработке изменяется не только состав, но и структура поверхностных слоев, а также часто и сердцевина. Такая обработка называется химико-термической.

Коррозия (от лат. corrosio - разъедание) - разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его вза­имодействии с внешней средой.

Коррозионная стойкость - способность материалов со­противляться коррозии. У металлов и сплавов коррозионная стойкость определяется скоростью коррозии, то есть массой материала, превращенной в продукты коррозии, с единицы по­верхности в единицу времени, либо толщиной разрушенного слоя в миллиметрах в год.

Коррозионная усталость - понижение предела выносли­вости металла или сплава при одновременном воздействии цик­лических напряжений и коррозионной среды. Различают, по крайней мере, 3 формы коррозионного разрушения: равномер­ную, местную, межкристаллическую коррозию.

Равномерная коррозия разрушает металл, мало влияя на его механическую прочность. Она встречается у серебряного припоя.

Местная коррозия приводит к разрушению только отдель­ных участков металла и проявляется в виде пятен и точечных поражений различной глубины. Она возникает в случае неодно­родной поверхности, при наличии включений или внутренних напряжений при грубой структуре металла. Этот вид коррозии снижает механические свойства деталей.

Межкристаллическая коррозия характеризуется разруше­нием металла по границе зерен (кристаллов). При этом наруша­ется связь между кристаллами, и агрессивная среда, проникая вглубь, разрушает металл. Ей особенно подвержены нержавею­щие стали.

Кристаллы обладают симметрией атомной структуры, со­ответствующей ей симметрией внешней формы, а также анизо­тропией физических свойств (т.е. зависимостью свойств от формы и вида кристалла). Кристаллы - равновесное состояние твердых тел: каждому веществу, находящемуся при данных температуре и давлении, в кристаллическом состоянии соответ­ствует определенная атомная структура. При изменении внеш­них условий структура кристаллов может измениться.

Химическая коррозия - взаимодействие металла с агрес­сивными средами, не проводящими электрического тока. Так, сильное нагревание железа в присутствии кислорода воздуха сопровождается образованием оксидов (окалины). Образующа­яся окисная пленка может защищать металл от диффузии в не­го агрессивного агента.

В условиях полости рта металлы находятся во влажной среде ротовой жидкости. Последняя, являясь электролитом, создает условия для электрохимической коррозии металличес­ких пломб, вкладок и других металлических протезов.

Характеристика сплавов, применяемых в орто­педической стоматологии. В настоящее время в стомато­логии используется свыше 500 сплавов. Международными стан­дартами (ISO, 1989) все сплавы металлов разделены на следую­щие группы:

1. Сплавы благородных металлов на основе золота.

2. Сплавы благородных металлов, содержащих 25-50% зо­лота или платины, или других драгоценных металлов В специальной литературе до последнего времени встречается лексическая подмена двух терминов - благородный металл и драго­ценный металл, которые не являются синонимами: драгоценный указывает на стоимость металла, а благородный - относится к его хими­ческим свойствам. Поэтому элементы золото и платина являются как благородными, так в драгоценными, палладий - благородный, но намного дешевле. Серебро завоевало место в классификации драгоценных металлов, но не является благородным металлом. Прим. редакторов ).

3. Сплавы неблагородных металлов.

4. Сплавы для металлокерамических конструкций:

а) с высоким содержанием золота (>75%);

б) с высоким содержанием благородных металлов (золота и платины или золота и палладия - > 75%);

в) на основе палладия (более 50%);

г) на основе неблагородных металлов:

Кобальта (+ хром > 25%, молибден > 2%);

Никеля (+ хром > 11%, молибден > 2%).

Более упрощенно выглядит классическое подразделение на благородные и неблагородные сплавы.

Кроме того, применяемые в ортопедической стоматологии сплавы можно классифицировать по другим признакам:

По назначению (для съемных, металлокерамических, металлополимерных протезов);

По количеству компонентов сплава;

По физической природе компонентов сплава;

По температуре плавления;

По технологии переработки и т. д.

Обобщая изложенное выше о металлах и сплавах метал­лов, нужно еще раз подчеркнуть основные общие требования, предъявляемые к сплавам металлов, применяемым в клинике ортопедической стоматологии:

1) биологическая индифферентность и антикоррозионная стойкость к воздействию кислот и щелочей в небольших кон­центрациях;

2) высокие механические свойства (пластичность, упру­гость, твердость, высокое сопротивление износу и др.);

3) наличие набора определенных физических (невысокой температуры плавления, минимальной усадки, небольшой плот­ности и т. д.) и технологических свойств (ковкости, текучести при литье и др.), обусловленных конкретным назначением.

Если сплав металлов предназначен для облицовывания ке­рамикой, ему необходимо отвечать следующим специфическим требованиям:

1) быть способным к сцеплению с фарфором;

2) температура плавления сплава должна быть выше тем­пературы обжига фарфора;

3) коэффициенты термического расширения (КТР) сплава и фарфора должны быть сходными.

Особенно важно соответствие коэффициентов термическо­го расширения двух материалов, что предупреждает возникно­вение силовых напряжений в фарфоре, которые могут привес­ти к отколу или трещине покрытия. В среднем коэффициент термического расширения у всех типов сплавов, которые ис­пользуются для облицовывания керамикой, колеблется от 13,8 × 10 -6 °С -1 до 14,8 × 10 -6 °С -1 .

Коэффициент термического расширения керамической мас­сы можно менять, вводя определенные добавки. Так, введение лейцита в керамическую массу позволяет изменять коэффициент термического расширения от 12,5 × 10 -6 °С -1 до 16 ×10 -6 °С -1 .

Сочетание высоких прочностных свойств литого металличе­ского каркаса зубного протеза и внешнего вида облицовки, до­статочно точно имитирующей внешний вид натуральных зубов, позволяют создать эффективные и эстетичные зубные протезы.

Как указывалось выше, применяющиеся в ортопедической стоматологии сплавы делятся на 2 основные группы - благо­родные и неблагородные.

Сплавы на основе благородных металлов подразделяются на:

Золотые;

Золото-палладиевые;

Серебряно-палладиевые.

Сплавы металлов благородных групп имеют лучшие литей­ные свойства и коррозионную стойкость, однако по прочности уступают сплавам неблагородных металлов.

Сплавы на основе неблагородных металлов включают:

Хромоникелевую (нержавеющую) сталь;

Кобальтохромовый сплав;

Никелехромовый сплав;

Кобальтохромомолибденовый сплав;

Сплавы титана;

Вспомогательные сплавы алюминия и бронзы для вре­менного пользования. Кроме того, применяется сплав на осно­ве свинца и олова, отличающийся легкоплавкостью.

Сплавы золота, платины и палладия. Указанные сплавы обладают хорошими технологическими свойствами, устойчивы к коррозии, прочны, токсикологически инертны. К ним реже, чем к другим металлам, проявляется идиосинкразия.

Чистое золото - мягкий металл. Для повышения упругос­ти и твердости в его состав добавляются так называемые лига­турные металлы - медь, серебро, платина.

Сплавы золота различаются по проценту его содержания. Чистое золото в метрической пробирной системе обозначается 1000-й пробой. В России до 1927 г. существовала золотниковая пробирная система. Высшая проба в ней соответствовала 96 зо­лотникам. Известна также английская каратная система, в ко­торой высшей пробой являются 24 карата.

Сплав золота 900-й пробы используется при протезирова­нии коронками и мостовидными протезами. Содержит 90% зо­лота, 6% меди и 4% серебра. Температура плавления равна 1063°С. Обладает пластичностью и вязкостью, легко поддается штамповке, вальцеванию, ковке, а также литью.

Сплав золота 750-й пробы применяется для каркасов дуго­вых (бюгельных) протезов, кламмеров, вкладок. Содержит 75% золота, по 8% меди и серебра, 9% платины. Обладает высокой упругостью и малой усадкой при литье. Эти качества приобре­таются за счет добавления платины и увеличения количества меди. Сплав золота 750-й пробы служит припоем когда в него добавляется 5-12 % кадмия. Последний снижает температуру плавления припоя до 800°С. Это дает возможность расплавлять его, не оплавляя основные детали протеза. Отбелом для золо­та служит соляная кислота (10-15%).

Супер-ТЗ - это "твердое золото", термически упрочняе­мый износостойкий сплав, который содержит 75% золота и имеет желтый цвет. Он универсален и технологичен - может использоваться для штампованных и литых стоматологических конструкций: коронок и мостовидных протезов.

Впервые в России начат выпуск золото-палладиевого спла­ва для металлокерамических зубных протезов Суперпал (И.Ю. ебеденко с соавт.), в состав которого входит 60% пал­ладия и 10% золота.

За рубежом для нужд ортопедической стоматологии про­изводятся сплавы драгоценных металлов с различным содержа­нием золота и драгоценных металлов, которые в связи с этим имеют разные механические свойства - М-Паладор, V -Классик, Стабилор- G , Стабилор- GL и др.