Рынок углеводородов не только играет важнейшую роль в экономике, но и определяет основные принципы мировой политики. Зачастую именно энергоносители дают толчок к развитию целых регионов и направлений бизнеса. В нашем проекте «ТЭК 360» мы рассмотрим ключевые тренды отрасли, перспективы ее развития, влияние на другие сферы экономик.

Математика сплавов

Металлургическая индустрия играет исключительную роль и в экономике страны и мира, и в жизни каждого отдельно взятого человека. Металлические сплавы — ключевой материал для создания различных изделий и конструкций. Сплавы оказали влияние на развитие всей цивилизации, недаром выделяется даже исторический период, который именуется бронзовым веком. Некоторые металлы добывают непосредственно из руды, но большинство металлов создается из различных сплавов. Сегодня их насчитывается более пяти тысяч!

Сплав — это вещество, полученное методом выплавки из двух или более металлических элементов, зачастую с помощью специальных присадок. Одним из первых сплавов считается бронза, которая состоит на 85% из меди и на 15% из олова. Сегодня сплавом может называться вещество, в котором есть только один химический элемент и определенное количество присадок. Некоторые металлы, конечно, добываются прямо из руды или находятся в природе в так называемом самородном состоянии (платина, золото, олово, ртуть). Но большинство металлов добывают путем обработки их соединений.

При этом в современной промышленности металлы применяются именно в форме сплавов, полученных через добавление к основному элементу других компонентов. Интересный факт: из 90% всего добываемого в мире железа изготавливается чугун и разные стали.

Производство сплавов

В древности сплавы получали путем расплавления металлов до жидкого состояния. Древние индийцы, согласно историческим данным, даже научились создавать сплавы с использованием тугоплавкого цинка. Сегодня процесс создания сплавов мало отличается от древнего. При этом в сплавах можно выделить несколько составляющих:

— основу (основной компонент, это может быть один или несколько металлических элементов);

— добавки присадок и легирующих элементов;

— неудаленные примеси.

По способу производства сплавы делятся на:

— литые — их получают путем кристаллизации расплава компонентов;

— порошковые — их получают при помощи прессования смеси порошков и спекания при высокой температуре.

Также способы получения сплавов разделяют на:

— литейные (например, чугун);

— деформируемые (линейка сталей различных видов);

— порошковые (например, титан, вольфрам).

Черные сплавы

Более всего распространены сплавы, в основе которых лежит железо. Как мы уже отметили, практически всё железо направляется на изготовление сталей, простых и легированных, либо чугуна. Такие сплавы можно получить, добавляя к железу углерод (0,25–4%). Добавление до 2% углерода характерно для сталей; 2–4% углерода необходимо, если изготавливается чугун. В него также входит кремний. Если речь идет о легированных сталях (это стали более высокого качества), то к сплавам примешивается никель, хром, ванадий, молибден. В настоящий момент высоколегированные стали с большим содержанием хрома и никеля активно применяются лидерами индустрии ТЭК при добыче нефти и газа на шельфе.


Если в сплаве содержится менее 0,25% углерода, то из него создают технические конструкции. Если же в стали содержится более 0,55% углерода, то она хорошо подходит, например, для производства различных высококачественных режущих инструментов: хирургических принадлежностей, сверл, резцов и т. д. Правда, детали для быстрой резки производят исключительно из легированной стали. Из чугуна также производят массу очень прочных делателей, например, создают блоки двигателей для авто. А в XIV веке из чугуна отливали пушки!

Цветные сплавы

Сплавы не на основе железа называются цветными (по аналогии с разделением металлов на черные и цветные).

Из цветных сплавов чаще всего используются сплавы на основе алюминия (также добавляются титан, магний, бериллий), которые именуются легкими сплавами высокой прочности и с отличными механическими характеристиками. Также распространены меди (латуни), которые создают с помощью значительного добавления цинка (до 45%). Применяются сплавы меди с кремнием, оловом, бериллием, алюминием, которые называются бронзами. И наконец, надо отметить сплавы на основе свинца, в которые добавляется олово, а также мышьяк, сурьма, баббит и т. д.

Легкие сплавы из алюминия считаются экономичными и долговечными, они попросту не поддаются коррозии, а для их формовки не требуется дорогостоящее оборудование. Кроме того, они прочны и способны выдерживать сверхнизкие температуры. Алюминиевые сплавы имеют хорошую электро- и теплопроводность. Благодаря высоким техническим характеристикам, сплавы на основе этого металла применяются в различных индустриях. Так, они активно используются в авиационной, космической, военной, научно-инженерной и других отраслях. Из алюминиевых сплавов производят поршни для двигателей внутреннего сгорания, строительные конструкции, корпуса разнообразной техники, электропроводки и др.

В свою очередь, в военной индустрии из алюминиевых сплавов производят легкую броню для техники: она выдерживает ударные нагрузки и не дает искр даже при резких механических воздействиях и ударах. Кроме того, из алюминия производят детали современной бытовой и мобильной техники, самолетов, авиационного оборудования. Важная деталь: алюминиевые сплавы считают абсолютно безвредными для здоровья человека, а потому их можно использовать для производства пищевой посуды и столовых принадлежностей.

Также распространенные медные сплавы очень прочны, из них делают, например, пружины, мембраны и т. д. Из сплавов на основе свинца сегодня производят кабели, подшипники, предохранители, так как эти сплавы способы выдержать очень высокие температуры и сложные природные условия. Эти свойства свинцовых сплавов были известны и в древние времена. Так, жители Древнего Рима делали из свинца водопроводы!

Улучшенные характеристики

Ключевым свойством всех сплавов является свариваемость. По другим свойствам они ничем не отличаются от металлов. Например, сплавы тепло- и электропроводны и пластичны.

Прочность
Способность сплава противостоять механическим воздействиям, нагрузкам

Твердость
Способность сплава сопротивляться внедрению детали из металла или другого сплава

Пластичность
Возможность сплава менять форму и размер под действием механической нагрузки

Вязкость
Способность сплава сопротивляться быстро возрастающим или сверхвысоким нагрузкам

Упругость
Способность сплава принимать начальную форму под действием механической нагрузки

Сплавляя некоторые металлы и другие химические элементы, можно получить материалы с улучшенными характеристиками, например с более высокими магнитными, термическими и/или электрическими свойствами.

Скажем, если алюминий сплавить с медью, цинком и магнием в нужной пропорции, можно увеличить текучесть первого компонента в несколько раз. Другой пример: сплавы с добавлением магния характеризуются легкостью (небольшой массой) и высокой прочностью. В связи с этим «магниевые» сплавы отлично подходят для литейной промышленности, а также активно применяются при производстве ракет, турбин, корпусов и деталей, которые эксплуатируются в экстремальных условиях, дисков автомобильных колес и даже броневой стали. А если в магний добавить в нужной пропорции никель, медь и хром, погрузив перед этим в расплав чистого цинка, можно заметно улучшить показатели металла по прочности и устойчивости к истиранию.

Итак, производство сплавов лежит в основе практически всех отраслей экономики и, как следствие, жизни всех людей. И с каждым годом осваиваются всё новые способы получения новых качественных сплавов, новые технологии их создания, а также новые пути их использования. Возможно, в будущем будут получены практически волшебные соединения, которые будут сочетать в себе все полезные свойства металлических компонентов, которые можно будет использовать где угодно!