Строение, основные свойства металлов и сплавов. Классификация металлов в технике
Из хим. элементов около 80% отн. к металлам. Признаками М явл. метал. блеск, высокая электро- и теплопроводность, пластичность — способность изменять форму под действием внешних сил и сохранять полученную форму после прекращения действия этих сил. На пластичности осн. способы обработки М, как прокатка, ковка, штамповка и волочение.
Технически чистые М имеют незначит. применение в пром-сти. Больш-во наиболее распростр. М исп-ют в виде метал. сплавов - в-во, получаемое сплавлением двух или более элементов.
Строение М. По строению тв. тела делятся на кристаллические (металлы и сплавы в твердом состоянии) и аморфные (стекла, смолы и др.). Атомы крист. тел в отличие от аморфных, имеющих хаотическое расположение атомов, нах. в опред. местах, образуя систему, периодически повторяющуюся в пространстве. Совокупность таких мест наз. Крист. решеткой.(у М ее можно представить в виде системы простых геометр. фигур.) Изменение строения или параметров крист. решетки М всегда приводит к изменению его физ-хим. свойств.
Процесс кристаллизации хар-ся кривыми охлаждения, к-е показывают процесс изменения физ. состояния по мере охлаждения расплавленного М (температура кристаллизации).
Сплавы имеют много общего с М и разд. на:
1. механ. смеси – несколько М смешиваются друг с другом в твердом состоянии
2. сплавы - твердые растворы – образованы общей крист. решеткой (более прочны)
У сплавов более сложная хим. структура и процесс их кристаллизации проходит сложнее чем у М. Сплавы образуют системы – сост. из одинаковых компонентов, но отличающиеся колич. соотношением компонентов. Метал. сплавы имеют более высокие механ. св-ва и дешевле чистых металлов. Например, чистое железо весьма мягкое, с невысокой прочностью, зато в сплаве с углеродом после термической обработки оно обладает очень высокой прочностью.
Металлы и образованные из них сплавы:
1) черные М, (90—95% всех выплавляемых М): железо, сталь и чугун.
2) цветные М:
· тяжелые, удельный вес которых более 3 г/см3 (свинец, хром, цинк, никель и др.),
· легкие с уд. весом менее 3 г/см3 (магний, алюминий, натрий, бериллий и др.)
· благородные или драгоценные (платина, золото и серебро).
Св-ва М и сплавов разд.на 4 группы: физ., хим., механические и технологические.
Физические свойства:
1)Плотность- кол-во вещества в единице объема. Плотность М может изменяться в зав-сти от способа его произв-ва и хар-ра обработки.
2) Температура плавления- при к-й М полностью переходит из твердого состояния в жидкое. Каждый М или сплав имеет свою t плавл. Знание ее помогает правильно вести тепловые процессы при термич. обработке М.
3) Теплопроводность- способность тел передавать тепло от более нагретых частиц к менее нагретым.
4) Тепловое расширение. Нагревание М до определенной температуры вызывает его расширение.
5) Удельная теплоемкость- кол-тво тепла, к-е необходимо для повышения температуры 1 г вещества на 1°С. М по сравнению с др. в-вами обладают меньшей теплоемкостью, поэтому их нагревают без больших затрат тепла.
6) Электропроводность - способность М проводить эл. ток
Бол-во М обладает высокой электропроводностью, например серебро, медь и алюминий. С повышением температуры электропроводность уменьшается, а с понижением увеличивается.
7) Магнитные свойства – способность создавать магнитное поле.
Химические свойства определяют отношение М к хим. воздействиям разл. активных сред. Каждый М или сплав обладает опред. способностью сопротивляться воздействию этих сред.
Хим. воздействия среды проявл. в разл. формах: железо ржавеет, бронза покрывается зеленым слоем окиси, сталь при нагреве в закалочных печах без защитной атмосферы окисляется, превращаясь в окалину, а в серной кислоте растворяется и т. д. Поэтому для практического использования металлов и сплавов необходимо знать их химические свойства.
Механические свойства определяют работоспособность М и сплавов при воздействии на них внешних сил. К ним относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, ударная вязкость и др.