Хром

Физико-химические характеристики

Физические и химические свойства хрома типичны для металлов:

• Химически малоактивен. В обычных условиях не взаимодействует с водой, растворами щелочей. Реакция запускается при +600°С.
• Кислород создает на его поверхности защитную оксидную пленку.
• В соединениях проявляет три степени: +2, +3, +6. Самые устойчивые – трехвалентные.

Применение хрома затрудняют недостатки:

• Явное ухудшение характеристик примесями в составе.
• Необходимость дополнительной обработки сверхтвердого металла для получения пластичности.

Однако они компенсируются достоинствами металла: тугоплавкостью, твердостью (пятый среди металлов), стойкостью к коррозии.

Свойства атома
Название, символ, номер	Хром / Chromium (Cr), 24
Атомная масса (молярная масса)	51,9961(6) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	3d5 4s1
Радиус атома	130 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	118 пм
Радиус иона	(+6e)52 (+3e)63 пм
Электроотрицательность	1,66 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−0,74
Степени окисления	6, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	652,4 (6,76) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	7,19 г/см³
Температура плавления	2130 K (1856,9 °C)
Температура кипения	2945 K (2671,9 °C)
Уд. теплота плавления	21 кДж/моль
Уд. теплота испарения	342 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	23,3 Дж/(K·моль)
Молярный объём	7,23 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированая
Параметры решётки	2,885 Å
Температура Дебая	460 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 93,9 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-47-3

Причины появления ржавого налета

Основной причиной возникновения коррозии на поверхности хромированных изделий является чрезмерные силовые и механические нагрузки. Они приводят к появлению мелких царапин и растрескиванию поверхностного слоя материала. Это происходит следующим образом: металл находится под покрытием хрома, он окисляется из-за негативного влияния кислорода и других органических веществ. Таким образом, появляется ржавчина.

Стоит также отметить, что металлические бытовые приборы постоянно испытываются на себе агрессивное воздействие химических реагентов (мыльной пены, моющих средств, пылевых образований, плесени). Теряется ощущение чистоты и уюта – покрытие становится мутным и теряет свой первоначальный естественный блеск.

Сплав cупердуплексной нержавеющей стали 2507

Нержавеющая сталь

Дуплексная нержавеющая сталь имеет двухфазную микроструктуру, состоящую из зерен аустенита и феррита. Такая структура придает этим материалам сочетание привлекательных свойств, включая прочность, пластичность и коррозионную стойкость.

Сплав супердуплексной феррито-аустенитной нержавеющей стали 2507 отлично подходит для работы в высококоррозионных условиях. В ее состав входят никель, молибден, хром, азот и марганец, что обеспечивает превосходную устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, коррозионному, а также растрескиванию под напряжением при сохранении качества свариваемости.

• Повышенный предел текучести и прочности на разрыв при повышенных номинальных параметрах давления.
• По сравнению с трубками из стали 316/316L с таким же наружным диаметром и номинальным давлением меньшая толщина стенок способствует увеличению потока среды.
• Свариваемость.
• Области применения с температурами до 482 °F (250 °C).
• Более высокая теплопроводность / более низкий коэффициент температурного расширения в сравнении с нержавеющей сталью 316.
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
• Изделия Swagelok из сплава 2507 предлагаются из прутков и поковок, соответствующих требованиям стандарта NORSOK M-650, регламентирующего поставщиков стали.

Механические свойства сплава 2507 делают его превосходным выбором для морских систем высокого давления и подводных систем, где необходимо учитывать факторы коррозии, большого расхода среды и веса.

Физические свойства

Хром является одним из тугоплавких металлов. Температура плавления — 1900 С выше, чем у платины (1772 С). Плотность близка к плотности железа и ниобия. Модуль упругости хрома является самым низким по сравнению с молибденом и вольфрамом.

Теплофизические свойства

Для тугоплавких металлов линейный коэффициент теплового расширения обычно низкий, а теплопроводность высокая. Тем не менее, хром не показывает типичное поведение молибдена или вольфрама.

Коэффициент его теплового расширения относительно высок. При температуре 38 С и выше происходит переход от антиферромагнетизма к парамагнетизму и коэффициент теплового расширения очень резко возрастает. Эта температура перехода (температура Неля) является фазовым переходом первого порядка и показывает значительный скачок объема, который сильно влияет на линейный коэффициент теплового расширения.

СВОЙСТВА

Хром

Хром имеет твердость по шкале Мооса 9, один из самых твердых чистых металлов (уступает только иридию, бериллию, вольфраму и урану). Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке. Устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr₂O₃, обладающего амфотерными свойствами. При нагревании реагирует со многими неметаллами, часто образуя соединения нестехиометрического состава карбиды, бориды, силициды, нитриды и др. Хром образует многочисленные соединения в различных степенях окисления, в основном +2, +3, +6. Хром обладает всеми характерными для металлов свойствами – хорошо проводит тепло, электрический ток, имеет присущий большинству металлов блеск. Является антиферромагнетиком и парамагнетиком, то есть, при температуре 39 °C переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное (точка Нееля).

Значение для человека

Хром присутствует в организме человека изначально.

Здоровье

Он – участник ряда биологических процессов:

1. Липидный, углеродный обмен.
2. Выведение «плохого» холестерина
3. Баланс сахара в крови.
4. Укрепление костной ткани.
5. Активация действия инсулина.
6. Способность замещать йод.
7. Стимуляция регенерации тканей.

Питание

Хромом богаты продукты всех основных групп:

• Мясо – курятина, говядина (и печень);
• Рыба – скумбрия, тунец, сельдь.
• Крупы – манная, перловая.
• Овощи – помидоры, редис, зеленый лук.

Металлом насыщены сыры, бобовые, кукурузное масло, фрукты, хлеб из муки крупного помола, пивные дрожжи.

Особенности

Никель и сплавы на его основе обладают определёнными особенностями и характеристиками

Их важно учитывать перед применением их в промышленности

Структура и состав

Структура сплавов на основе никеля изменяется в зависимости от того, какие компоненты входят в их состав. От этого также зависят характеристики готового материала. Этот материал представляет собой металл серебристого цвета, который содержится в земной коре, воде и воздухе. В природе можно найти не только однородный металл, но и смеси на его основе. Связано это с тем, что он отлично сочетается с другими материалами. Часто встречающиеся компоненты в составе смесей — железо, молибден, медь, хром.

Свойства и характеристики

Физические и химические свойства материала помогают определить, где его можно использовать и как он будет изменяться при определённых этапах обработки. Характеристики:

1. Плотность — 8800 кг/м3.
2. Температура плавления — 1455 градусов по Цельсию.
3. Температура кипения — около 2900 градусов.
4. Максимальная прочность на растяжение — 9000 МПа.
5. Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
6. Сопротивление электричеству — 0,0684 мкОм*м.

Благодаря своим характеристикам никель и смеси на его основе применяются в разных направлениях промышленности. Они хорошо поддаются обработке на промышленном оборудовании, что расширяет их область применения.

Марки

По государственному документу ГОСТ 849-2008 обозначено 7 марок никеля. К ним относятся H0, H1,2,3,4, Н1Ау и Н1у. Состав марок представляет собой содержание основного вещества до 99,9%, незначительное количество кобальта и сторонних примесей.

Почему импортная сталь лучше отечественной?

Основным требованием к износостойким сталям являются высокие показатели прочности, твердости и ударной вязкости. При этом материал должен оставаться пластичными, не крошиться и легко поддаваться сварке. Он должен обладать бОльшим сопротивлением к абразивному и контактному износу. Кроме того, необходимо учитывать интенсивность и условия эксплуатации узла или детали (температурный режим, твердость породы, прикладываемое усилие и т.д.). Износостойкие стали марок Hardox и Swebor являются легированными горячекатанными сталями, которые относят к классу конструкционных высокопрочных сталей твердостью от 350 до 650 HB по Бринеллю. В процессе производства они проходят закалку и отпуск, что повышает устойчивость материала ко всем видам износа.

Выпуск марки Hardox начался в 1974 году шведской компанией SSAB Oxelösund AB. Сталь Swebor начала выпускаться немного позже — в 1982 году одноименной шведской компанией Swebor Stål Svenska AB. Hardox и Swebor является аналогом таких отечественных марок сталей, как 10ХСНД, 30ХГСА, 45Х. Но почему шведская высокопрочная сталь лучше? Все дело в “чистоте” сплава. Качество стали значительно ухудшается по следующим причинам:

• наличие пленок по границам зерен сплава (легкоплавкие сульфидные включения);
• повышенное содержание углерода на фоне роста степени дендритной неоднородности содержания серы;
• внутрикристаллическая ликвация (неоднородность) фосфора.

Повысить износостойкость и прочность сплава можно глубокой очисткой сырья от фосфора и серы. Однако такой процесс очень дорогостоящий и не все производители готовы его проводить. В том числе и отечественные. Потому, сравнительное содержание серы (S) и фосфора (P) в сплаве уже многое может сказать о качестве износостойкой стали:

• Сталь 10ХСНД – до 0,04% (S); до 0,035% (P);
• Сталь 30ХГСА – до 0,025% (S); до 0,025% (P);
• Сталь 45Х – до 0,035% (S); до 0,035% (P);
• Сталь HARDOX 550 – до 0,01% (S); до 0,020% (P);
• Сталь SWEBOR 400 – до 0,01% (S); до 0,020% (P).

Процесс закалки и отпуска также играет немаловажную роль. Авторская технология, которая предусматривает точный контроль за температурой, временем нагрева и последующим охлаждением водой, делает стали Hardox и Swebor прочнее в сравнении с аналогами (видео процесса можно увидеть тут). Эффективность технологии была подтверждена экспериментальным путем сравнения различных сталей на абразивную стойкость при работе с гранитом, а также при испытаниях на механическую прочность (видео можно посмотреть тут и тут). Исследования показали, что:

• переход от рядовой стали к Hardox 500 или Swebor 500 может продлить срок службы изделия от 3 до 5 раз.
• 82-миллиметровый лист 10ХСНД, 30ХГСА или 45Х служит столько же, сколько и лист стали Hardox или Swebor толщиной 60 мм, что позволяет значительно снижать вес комплектующих, деталей или защиты.

Кроме того, благодаря низкому содержанию марганца и других примесей в сплаве, износостойкие шведские стали легко поддаются резке, гибке и сварке, не выделяя при этом токсичных испарений.

Значение для человека

Хром присутствует в организме человека изначально.

Здоровье

Он – участник ряда биологических процессов:

1. Липидный, углеродный обмен.
2. Выведение «плохого» холестерина
3. Баланс сахара в крови.
4. Укрепление костной ткани.
5. Активация действия инсулина.
6. Способность замещать йод.
7. Стимуляция регенерации тканей.

Питание

Хромом богаты продукты всех основных групп:

• Мясо – курятина, говядина (и печень);
• Рыба – скумбрия, тунец, сельдь.
• Крупы – манная, перловая.
• Овощи – помидоры, редис, зеленый лук.

Металлом насыщены сыры, бобовые, кукурузное масло, фрукты, хлеб из муки крупного помола, пивные дрожжи.

Хромистые стали

Хромистые стали не являются дефицитными в отношении легирования материалами и находят широкое применение для изготовления различного рода техники, работающей при высоких давлении и температуре в условиях воздействия агрессивных сред.

Легирование хромом не только обеспечивает коррозионную стойкость сталей в окислительных средах, но и определяет их структуру, механические свойства, жаропрочность, технологические свойства. Образуя с железом непрерывный ряд твердых растворов при концентрациях до 12 %, хром затем способствует замыканию γ-области, что является основной причиной формирования в хромистых сталях различной структуры и многообразия их свойств.

Наименование марок сплавов нихрома и маркировка

Процентное содержание компонентов сплава определяет его свойства, а, значит, назначение.

Самым востребованным изделием металлургии из сплава марки Х20Н80 является проволока. Находят широкое применение прокатная продукция — лента и полоса, а также прутки и листы. По маркировке вида изделия, например Х20Н80, можно определить, что его состав содержит 80% никеля и 20% хрома. Для улучшения эксплуатационных свойств металла согласно требованиям ГОСТа вносятся легирующие добавки — кремний (Si) – 1%; марганец (Mn) – 0,7%; железо (Fe), а также редкоземельные металлы.

Сплав ХН20ЮС включает в себя следующие ингредиенты: никель (Ni) — до 20%; хром (Cr) – до 20%; железо (Fe)- около 50%, а также кремний, кальций. Он применяется для массового производства электрооборудования промышленных термопечей.

Основные составляющие нихрома марки ХН70Ю-Н — никель (Ni) в количестве 70%, доля хрома (Cr) 27%, остальные ингредиенты — барий, марганец, железо и другие, которые позволяют его использовать для производства термостойких деталей.

Сплав Х20Н73ЮМ-ВИ содержит никель (Ni) — 73%; хром (Cr) – 20%; железо (Fe); алюминий (Al); углерод (C). Литеры в конце маркировки обозначают, что сплав произведен при помощи вакуумно-индукционной плавки.

Где используется

Повседневную жизнь трудно представить без металла: железо практично, надежно, дешево. Возможно, когда-нибудь его вытеснит пластик. Сегодня в цене достоинства железного материала.

Сверхчистое железо

Использование феррума в промышленности

Применение и свойства железа тесно связаны. В связи с его ферромагнитностью, его применяют для изготовления магнитов — как более слабых для бытовых целей (сувенирные магниты на холодильник и т. д.), так и более сильных — для промышленных целей. В связи с тем что рассматриваемый металл обладает высокой прочностью и твердостью, его с древности использовали для изготовления оружия, доспехов и других военных и бытовых инструментов. К слову, еще в Древнем Египте было известно метеоритное железо, свойства которого превосходят таковые у обычного металла. Также такое особенное железо использовалось и в Древнем Риме. Из него изготавливали элитное оружие. Щит или меч, выполненный из метеоритного металла, мог иметь только очень богатый и знатный человек.

Вообще, металл, который мы рассматриваем в данной статье, является самым разносторонне используемым среди всех веществ данной группы. Прежде всего, из него изготавливаются сталь и чугун, которые применяются для производства всевозможных изделий, необходимых как в промышленности, так и в повседневной жизни.

Чугуном называется сплав железа и углерода, в котором второго присутствует от 1,7 до 4,5 процента. Если второго меньше, чем 1,7 процента, то такого рода сплав называется сталью. Если углерода в составе присутствует около 0,02 процента, то это уже обыкновенное техническое железо. Присутствие в сплаве углерода необходимо для придания ему большей прочности, термоустойчивости, стойкости к ржавлению.

Кроме того, в стали может содержаться много других химических элементов в качестве примесей. Это и марганец, и фосфор, и кремний. Также в такого рода сплав для придания ему определенных качеств могут быть добавлены хром, никель, молибден, вольфрам и многие другие химические элементы. Виды стали, в которых присутствует большое количество кремния (около четырех процентов), используются в качестве трансформаторных. Те, в составе которых много марганца (вплоть до двенадцати-четырнадцати процентов), находят свое применение при изготовлении деталей железных дорог, мельниц, дробилок и других инструментов, части которых подвержены быстрому стиранию.

Молибден вводят в состав сплава, чтобы сделать его более термоустойчивым — такие стали используются в качестве инструментальных. Кроме того, для получения всем известных и часто используемых в быту в виде ножей и других бытовых инструментов нержавеющих сталей необходимо добавление в сплав хрома, никеля и титана. А для того чтобы получить ударостойкую, высокопрочную, пластичную сталь, достаточно добавить к ней ванадий. При вводе в состав ниобия можно добиться высокой устойчивости к коррозии и воздействию химически агрессивных веществ.

Минерал магнетит, который был упомянут в начале статьи, нужен для изготовления жестких дисков, карт памяти и других устройств подобного типа. Благодаря магнитным свойствам, железо можно найти в устройстве трансформаторов, двигателей, электронных изделий и др. Кроме того, феррум могут добавлять в сплавы прочих металлов для придания им большей прочности и механической устойчивости. Сульфат данного элемента применяют в садоводстве для борьбы с вредителями (наряду с сульфатом меди).

Хлориды железа являются незаменимыми при очистке воды. Кроме того, порошок магнетита используется в черно-белых принтерах. Главный способ применения пирита — получение из него серной кислоты. Данный процесс происходит в лабораторных условиях в три этапа. На первой стадии пирит феррума сжигают, получая при этом оксид железа и диоксид серы. На втором этапе происходит превращение диоксида сульфура в его триоксид при участии кислорода. И на завершающей стадии полученное вещество пропускают через водяной пар в присутствии катализаторов, тем самым и получая серную кислоту.

Другие сферы

Металл применяют в науке, медицине, быту:

• Очистка сточных вод.
• Компонент гарта (полиграфского шрифта).
• Кухонная утварь, столовая посуда.
• Двери, замки.
• Ультрамелким порошком магнетита (окиси металла) заправляют черно-белые принтеры.
• Мебель авангардных стилей.
• Препаратами с железом лечат анемию.
• Садоводы и строители уничтожают грибок смесью медного и железного купороса (семиводный сульфат металла).

Искусственные радиоактивные изотопы – маркер при анализе химико-технологических, биологических процессов.

Марки и химический состав сплава

Сплавы изготавливаются на основе меди, в которую добавляется никель и другие составляющие, согласно ГОСТ 492-73. Обладая высокой пластичностью, материалы относятся к обрабатываемым давлением. Дополнительно легируются другими элементами:

• марганцем;
• алюминием;
• цинком;
• железом.

Наибольшее количество выпускаемых сплавов приходится на двухкомпонентные составы, которые отличаются лишь содержанием основных веществ. Это марки МН25, МН19 и МН95-5. с увеличением доли никеля повышается электросопротивление и прочность. Снижаются теплопроводность, пластичность и линейное расширение. Например, МН95-5 характеризуется хорошими механическими свойствами, легко обрабатывается давлением, не образует коррозионных трещин.

Мельхиор марки МН19 значительно превосходит МН95-5 по прочности, твердости, коррозионной устойчивости. Он не образует микротрещин при низких температурах, подвергается холодной и горячей штамповке. Температура плавления и рекристаллизации (переход в твердое состояние) у него гораздо выше.

Конструкционные составы обладают высокой коррозионной прочностью и твердостью. В качестве дополнительных легирующих веществ в них входят хром, магний, литий, кобальт. К таким сплавам относятся:

• куниали;
• нейзильбер;
• мельхиоры;
• МН95-5;
• МНЖ5-1.

Сплавы представляют собой твердые растворы никеля и других компонентов. Имеют высокую прочность, коррозионную устойчивость. Свои свойства приобретают после термической обработки.

Куниали — трехкомпонентные составы с добавлением алюминия. Обрабатываются давлением в горячем состоянии. Нейзильберы и мельхиоры устойчивы в кислой и щелочной среде, морской воде. Обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Обработка резанием допускается только на малых режимах, чтобы исключить сильный нагрев и подкаливание в зоне реза.

Электротехнические составы отличаются высокой электропроводностью, пластичностью, стабильной ЭДС. К ним можно отнести:

• МН0,6 — ТП;
• МНЖКТ5-1-0.2-0.2;
• МНМц40-1,5 — Константан;
• МНМц3-12;
• МНМц43-0,5 — Копель.

Из них изготавливают проволоку, прутки и полосу методом проката. Применяют в различных электрических приборах, сетях, термопарах и другом электрическом оборудовании.

Добавление марганца делает медно-никелевые составы пластичными, устойчивыми к низким температурам.

Производство сплава

Значение для человека

Хром присутствует в организме человека изначально.

Здоровье

Он – участник ряда биологических процессов:

1. Липидный, углеродный обмен.
2. Выведение «плохого» холестерина
3. Баланс сахара в крови.
4. Укрепление костной ткани.
5. Активация действия инсулина.
6. Способность замещать йод.
7. Стимуляция регенерации тканей.

Питание

Хромом богаты продукты всех основных групп:

• Мясо – курятина, говядина (и печень);
• Рыба – скумбрия, тунец, сельдь.
• Крупы – манная, перловая.
• Овощи – помидоры, редис, зеленый лук.

Металлом насыщены сыры, бобовые, кукурузное масло, фрукты, хлеб из муки крупного помола, пивные дрожжи.