Виды сплавов применяемых в строительстве

В процессе сплавления металлы изменяют свои физико-химические свойства. Этими знаниями люди обладают с давних времен. К примеру, 5 тысяч лет назад наши предки освоили технологию изготовления бронзы, которая заключается в сплаве олова и меди. В результате полученный бронзовый сплав приобретает большую твердость по сравнению с теми металлами, которые входят в его состав.

Чистые металлы не обладают нужными свойствами. В связи с этим практически во всех сферах хозяйственной деятельности применяют их сплавы. Такой материал является результатом затвердения двух или более расплавленных веществ.

Сплав — является макроскопически однородной смесью металлов, в состав которой входит два и более химических элементов с преобладанием металлических компонентов.

• основа в виде одного или более металлов;
• малые примеси из легирующих и модифицирующих компонентов.

В процессе получения из материала удаляют следующие примеси:

• природные;
• технологические;
• случайные.

Сплавы часто применяют в качестве конструкционных материалов. Особым спросом пользуются соединения, в основу которых входят железо и алюминий. В технической отрасли используется свыше 5 тысяч сплавов.

Про сплавы металлов на понятном языке

Кроме металлов, сплав может включать в состав вещества, которые являются неметаллами. В качестве примера можно привести углерод и кремний. Путем смешивания металлов и неметаллов в определенных соотношениях получают множество материалов, обладающих неодинаковыми эксплуатационными качествами и полезными свойствами.

Отличия сплава от начальных компонентов могут заключаться в следующих характеристиках:

• большая механическая прочность и твердость;
• повышенная или пониженная температура плавления;
• устойчивость к коррозийным процессам;
• стабильность при высокотемпературном воздействии;
• сохранение формы и размеров во время нагрева или охлаждения.

К примеру, железо в чистом виде является достаточно мягким металлом. Если в расплав железа добавить углерод, то его твердость значительно увеличивается. В зависимости от концентрации углерода различают следующие сплавы железа:

• сталь (меньше 2,7% углерода от общей массы);
• чугун (более 2,7% углерода в общей массе).

Свойства стали меняют не только путем добавления углерода. С помощью примесей хрома повышают устойчивость стали к коррозии. За счет вольфрама увеличивается твердость материала, благодаря марганцу, сталь становится устойчивой к износу, ванадий повышает прочность сплава.

Классификация сплавов, какие бывают разновидности

В зависимости от метода получения сплавы бывают:

Литые сплавы являются продуктом кристаллизации расплавленных компонентов в смеси. Порошковые сплавы получают в процессе прессования порошкового состава, который затем спекают в условиях высокой температуры. В данном случае составными компонентами могут являться простые вещества и сложные соединения, измельченные в порошок, к примеру, карбиды вольфрама или титана.

Исходя из технологии получения заготовки (изделия), сплавы классифицируют на следующие виды:

• литейные (к примеру, чугуны, силумины);
• деформируемые (например, стали);
• порошковые сплавы.

Сплавы в твердом агрегатном состоянии бывают таких типов, как:

• гомогенные (однородные, однофазные — состоят из кристаллитов одного типа);
• гетерогенные (неоднородные, многофазные).

Роль основы сплава играет твердый раствор, то есть матричная фаза. Фазовый состав гетерогенного сплава определяется его химическим составом. Составными компонентами могут быть следующие материалы:

• твердые растворы внедрения;
• твердые растворы замещения;
• химические соединения (включая карбиды, нитриды, интерметаллиды);
• кристаллиты простых веществ.

Примеры решения задач по сплавам

Одним из способов решения задач по химии на сплавы является использование стандартного алгоритма:

1. Составление таблицы, в которой требуется указать общую и чистую массы каждого компонента. Как правило, данная информация представлена в условии задания. Неизвестные величины принято обозначать за х и у .
2. Запись системы уравнений. В процессе соединения сплавов их массы суммируют. Необходимо учитывать общую массу исходных сплавов и чистую массу каждого вещества, которые входят в их состав. Записанную систему требуется решить.
3. Когда система решена, и неизвестные найдены, следует обратиться к условиям задачи и записать корректно ответ.

Данный способ решения задачи можно рассмотреть на практических примерах.

Предположим, что имеется определенное количество бронзы, которая состоит из меди и олова в разных соотношениях. В одном бронзовом куске 1/12 часть олова. Его сплавили с другим куском, который содержит 1/10 часть олова. В результате получен сплав, содержащий 1/11 часть олова. Требуется определить вес второго куска, если известно, что вес первого составляет 84 к г .

В первую очередь необходимо составить таблицу, обозначив за х массу второго куска:

Далее следует перейти к составлению системы уравнений. Согласно условиям задачи, третий сплав состоит из 1/11 части олова. Таким образом, масса чистого вещества равна:

1 / 12 * 84 + 1 / 10 * х = 1 / 11 * ( 84 + х )

7 + х / 10 = 84 / 11 + х / 11

х / 10 – х / 11 = 7 / 11

По заданию требовалось вычислить вес второго куска. Он равен 70 кг. Можно записать ответ.

Допустим, что имеются два сплава меди со свинцом. Первый сплав состоит на 15% из меди, а второй — на 65% из меди. Нужно вычислить массу каждого сплава, которые необходимы для получения 200 г сплава, состоящего на 30% из меди.

Первым шагом является составление таблицы. Предположим, что первый сплав по массе равен х, а второй — у. Остальную информацию можно взять из условий задачи:

Согласно условиям задания, третий сплав обладает массой 200 г . Таким образом:

Концентрация меди в третьем сплаве равна 30%. Масса чистого вещества составит:

Далее следует составить уравнение с использованием массы чистого вещества из таблицы:

0 , 15 х + 0 , 65 у = 0 , 3 ( х + у )

Затем можно решить систему уравнений:

0 , 15 ( 200 – у ) + 0 , 65 у = 0 , 3 * 200

30 – 0 , 15 у + 0 , 65 у = 60

По заданию требовалось рассчитать массы первого и второго сплава. Запишем ответ.

Ответ: 140 г и 60 г .

Первый сплав содержит 70% меди. Второй сплав состоит из меди на 40%. Требуется определить соотношения сплавов, необходимых для получения нового сплава, который содержит 50% меди.

Обозначив за х массу первого сплава, массу второго сплава приняв за у , можно составить таблицу:

Данное уравнение можно приравнять с массой чистого вещества в составе третьего сплава. Информация представлена в таблице. Таким образом:

0 , 7 х + 0 , 4 у = 0 , 5 ( х + у )

0 , 7 х + 0 , 4 у = 0 , 5 х + 0 , 5 у

По заданию необходимо рассчитать отношение первого и второго сплавов в третьем сплаве.

Задачи на сплавы можно решать без составления таблицы. При этом также требуется обозначить неизвестные величины за х и у , чтобы составить и решить с их помощью системы уравнений. В качестве примера рассмотрим несколько типичных задач.

Есть два сплава, в состав которых входят серебро и медь. Первый сплав включает в состав 10% серебра. Второй сплав на 25% состоит из серебра. Требуется рассчитать, сколько килограмм второго сплава потребуется соединить с 10 к г первого сплава для получения сплава, содержащего 20% серебра.

Буквой х можно обозначить массу второго сплава, которую требуется найти. За у можно принять массу полученного сплава. Масса серебра в первом сплаве:

10 % · 10 к г = 0 , 1 · 10 к г = 1 к г

Масса серебра во втором сплаве:

25 % · x = 0 , 25 x

Масса серебра в полученном сплаве:

Таким образом, получена система уравнений для поиска х:

10 + x = y 1 + 0 , 25 x = 0 , 2 y ⇒ 10 + x = y 1 + 0 , 25 y = 0 , 2 ( 10 + x ) ⇒ ⇒ 10 + x = y 1 + 0 , 25 x = 2 + 0 , 2 x ⇒ 10 + x = y 0 , 25 x — 0 , 2 x = 2 — 1 ⇒ 10 + x = y 0 , 05 x = 1 ⇒ y = 30 x = 20

В результате при добавлении 10 кг 10% сплава, 20 кг 25% сплава получается 30 кг 20% сплава.

Дано два сплава. Первый сплав состоит на 10% из никеля. Содержание никеля во втором сплаве равно 30%. Данные сплавы используют для получения третьего сплава, масса которого составляет 200 кг. Содержание никеля в третьем сплаве равно 25%.

Необходимо вычислить разницу между массами первого сплава и второго сплава.

Согласно условиям задания:

m 1 + 3 m 1 = 200

Масса первого сплава меньше, чем масса второго на 100 кг.

Величину m 2 можно заменить на:

10 20 = m 1 m 1 + 3

1 2 = m 1 m 1 + 3

Третий сплав по массе равен:

m 3 = m 1 + m 2 = 9 .

Способы использования сплавов

Свойства, которые характерны для металлов и сплавов, определяются структурой материалов, то есть кристаллической структурой фаз и микроструктурой. Макроскопические свойства сплавов зависят от микроструктуры и в любом случае отличны от свойств их фаз, которые в свою очередь определяются лишь кристаллической структурой.

Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов обеспечена равномерным распределением фаз в металлической матрице. Сплавы способны проявлять свойства металлов, к примеру:

• электропроводность;
• теплопроводность;
• отражательную способность в виде металлического блеска;
• пластичность.

Самой важной характеристикой сплавов является свариваемость.

Классификация сплавов в зависимости от назначения:

• конструкционные;
• инструментальные;
• специальные.

В числе конструкционных следующие сплавы:

Конструкционные сплавы могут иметь особые свойства, в том числе искробезопасность, антифрикционные свойства. К таким материалам относят:

Подшипники заливают из баббита. В изготовлении измерительных и электронагревательных приборов применяют манганин и нихром. Режущие инструменты производят из победита. Широкое применение в промышленности нашли следующие виды сплавов:

• жаропрочные;
• легкоплавкие;
• коррозионностойкие;
• термоэлектрические;
• магнитные;
• аморфные.

К прочности и простоте обработки сплавов, которые используют при изготовлении конструкций, предъявляют высокие требования. В сферах строительства и машиностроения активно применяют сплавы железа и алюминия. Сталь отличается высокими прочностными характеристиками и хорошей твердостью. Материал легко подвергается таким обработкам, как:

Из чугунов изготавливают массивные и высокопрочные детали. К примеру, в прошлом чугун использовали для отливки радиаторов центрального отопления, канализационных трубопроводов. В настоящее время сплав применяют в производстве котлов, перил, мостовых опор. Чугунные изделия получают литьем.

Алюминиевые сплавы для производства конструкций обладают не только прочностью, но и легким весом. Дюралюминий и силумин применяют в сборке самолетов, вагонов, судоходного транспорта. Для изготовления определенных узлов авиатранспорта подходят легкие и устойчивые к высоким температурам сплавы магния.

В ракетостроении используют титановые сплавы, которые обладают необходимой легкостью и термостойкостью. С целью повышения ударопрочности, стойкости к износу и коррозии сплавы легируют, то есть добавляют к ним особые модификаторы. Например, марганец повышает механическую прочность стали. Сделать сталь нержавеющей можно путем введения в сплав хрома.

Инструментальные сплавы используют в производстве:

• режущих инструментов;
• штампов;
• деталей точных механизмов.

Инструментальные сплавы отличаются высокой износоустойчивостью и механической прочностью. При высокотемпературном воздействии такие материалы сохраняют стабильность прочностных характеристик. В качестве примера можно привести нержавеющие стали, которые подвергают специальной обработке, то есть закаляют.

Процесс, когда к сплавам добавляют модификаторы, называют легированием. Инструментальные стали обычно легируют с помощью следующих добавок:

Сплавы являются незаменимым ресурсом в производстве приборов с высокой точностью и чувствительностью. Материалы используют для изготовления разных датчиков и преобразователей энергии. К примеру, сердечники трансформаторов и деталей реле производят из никелевых сплавов. Некоторые компоненты электродвигателей состоят из сплавов кобальта.

Сплав никеля с хромом называют нихромом. Материал обладает высоким сопротивлением, что является полезным свойством для нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов. Медные сплавы, в том числе, латунь и бронза, нашли широкое применение в электротехнике и приборостроении.

Из латуни производят приборы с запорными кранами. Подобные устройства используют в сборке систем газоснабжения и водоснабжения. Бронзы необходимы для производства пружин и пружинящих контактов.

Легкоплавкие сплавы отличаются низкой температурой плавления. Данное свойство является полезным в процессе пайки микросхем. Легкоплавкие материалы соответствуют строгим требованиям к плотности, прочности на разрыв, химической инертности, теплопроводности. Такие сплавы получают из следующих металлов:

Легкоплавкие сплавы используют в производстве термодатчиков, термометров, пожарной сигнализации. В качестве примера можно привести сплав Вуда. Материалы нашли широкое применение в литейном деле для выплавки моделей, фиксации костей и протезирования в медицине. Сплав натрия с калием применяют в качестве теплоносителя для охлаждения ядерных реакторов.

Чистые драгоценные металлы редко подходят для изготовления ювелирных украшений. Это связано с их высокой стоимостью, специфическими свойствами. Придать изделиям из золота большую твердость и износоустойчивость позволяет сплав с другими металлами. Поэтому, например, помощью серебра снижают температуру плавления, а медь повышает твердость материала.

Источник: wika.tutoronline.ru

Основные виды и особенности металлов и сплавов, применяемых в строительстве. Структура металлов и сплавов, их основные свойства

Сплав — макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.

Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных).

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Виды сплавов

По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов. Порошковые — прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошкипростых веществ, но и порошки химических соединений. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана.

По способу получения заготовки (изделия) различают литейные (например, чугуны, силумины), деформируемые (например, стали) и порошковые сплавы.

В твердом агрегатном состоянии сплав может быть гомогенным (однородным, однофазным — состоит из кристаллитов одного типа) и гетерогенным (неоднородным, многофазным). Твёрдый раствор является основой сплава (матричная фаза). Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава.

В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений (в том числе карбиды, нитриды, интерметаллиды) и кристаллиты простых веществ.

Свойства сплавов

Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой (кристаллической структурой фаз и микроструктурой). Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры. Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице. Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость.

Сплавы, используемые в промышленности

Сплавы различают по назначению: конструкционные, инструментальные и специальные.

Конструкционные сплавы:

Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства):

Для заливки подшипников:

Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:

Для изготовления режущих инструментов:

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

Мета?ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

— 6 элементов в группе щелочных металлов,

— 6 в группе щёлочноземельных металлов,

— 38 в группе переходных металлов,

— 11 в группе лёгких металлов,

— 7 в группе полуметаллов,

— 14 в группе лантаноиды + лантан,

— 14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний, вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.

В астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия.

Свойства металлов

Характерные свойства металлов

· Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)

· Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако некоторые металлы, например германий и висмут, непластичны)

· Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)

· Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)

· В реакциях чаще всего являются восстановителями

Физические свойства металлов

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.

Твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса:

Твёрдость	Металл
0.2	Цезий
0.3	Рубидий
0.4	Калий
0.5	Натрий
0.6	Литий
1.2	Индий
1.2	Таллий
1.25	Барий
1.5	Стронций
1.5	Галлий
1.5	Олово
1.5	Свинец
1.5	Ртуть(тв.)
1.75	Кальций
2.0	Кадмий
2.25	Висмут
2.5	Магний
2.5	Цинк
2.5	Лантан
2.5	Серебро
2.5	Золото
2.59	Иттрий
2.75	Алюминий
3.0	Медь
3.0	Сурьма
3.0	Торий
3.17	Скандий
3.5	Платина
3.75	Кобальт
3.75	Палладий
3.75	Цирконий
4.0	Железо
4.0	Никель
4.0	Гафний
4.0	Марганец
4.5	Ванадий
4.5	Молибден
4.5	Родий
4.5	Титан
4.75	Ниобий
5.0	Иридий
5.0	Рутений
5.0	Тантал
5.0	Технеций
5.0	Хром
5.5	Бериллий
5.5	Осмий
5.5	Рений
6.0	Вольфрам
6.0	β-Уран

Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые «нормальные» металлы, например олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0.53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связимежду ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0.003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны.

Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы такие как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий могут срастаться между собой, но на это может уйти десятки лет.

Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Источник: studopedia.ru

Основные виды и особенности металлов и сплавов, применяемых в строительстве. Структура металлов и сплавов, их основные свойства

В твердом состоянии любой металл обладает кристаллическим строением. Для этого вида строения характерна упорядоченность расположения ионов (атомов). Элементарные ячейки периодически повторяются в пространстве, образуя кристаллическую решетку. Внутри кристаллической решетки располагаются положительно заряженные ионы, или как их называют по-другому – атомные ядра.

Вокруг атомных ядер в постоянном движении находятся отрицательно заряженные частицы – электроны. Количество электронов, находящихся между ионами и определяет уровень теплопроводности металла. Ионы (атомы) внутри кристаллической решетки находятся в непрерывном тепловом колебании.

Если температура повышается, то амплитуда колебаний атомов резко возрастает, если температура понижается, то амплитуда замедляется. Плавка металла разрушает кристаллическую решетку, выпуская ионы в беспорядочное движение в пространстве. Элементарная ячейка – это главный элемент кристаллической решетки. Увидеть ее вы можете на изображении 1. Изображена решетка в виде куба. Однако можно заметить, что каждый атом этой решетки одновременно принадлежит восьми соседним элементарным ячейкам.

На изображении 2 вы можете увидеть наиболее распространенные типы кристаллических решеток. а) Объемно-центрированная решетка. Как видно из рисунка восемь атомов данного типа решетки располагается в углах куба, а один находится в центре. Данная кристаллическая решетка свойственна следующим металлами – натрий, литий, свинец, вольфрам и т.п.

б) Гранецентрированная решетка. Внимательно рассмотрев ее изображение, вы заметите, что восемь атомов данного типа решетки расположено в уголках куба, а в центре каждой из шести граней размещается еще по одному атому. Свойственна гранецентрированная кубическая решетка следующим металлам: медь, серебро, алюминий, золото и т.п.

в) Гексагональная решетка имеет расположение атомов в углах и центре основания призмы. При этом три атома располагаются в средней плоскости призмы. Характерен данный вид кристаллической решетки следующим металлам: титан, магний, цинк, бериллий и другие металлы.

Индукционный нагрев способен проникать в кристаллические решетки металла, равномерно распределяя тепло и не нарушая их структуру. Автоматизированное программное обеспечение, которым снабжена каждая установка ЭЛСИТ позволяет проконтролировать процесс обработки, чтобы та не нарушила структуру кристаллической решетки.

Дефекты кристаллической решетки

Ничто в нашем мире не идеально. Кристаллы металлов не обладают идеально правильным расположением атомов внутри кристаллической решетки. Практически всегда внутри кристаллов встречаются различные несовершенства (дефекты строения). В некоторой степени дефекты кристаллической решетки определяют физические и механические свойства металлов.

Дефекты строения кристаллической решетки можно подразделить на три вида: точечные, поверхностные и линейные. Среди точечных дефектов наиболее распространенными являются – вакансии. На изображении 3 вы можете заметить вакансии. Вакансии представляет собой дефект кристалла с отсутствующим внутри кристаллической решетки атомом.

Еще одним точечным дефектом является дислоцированный атом. Дислоцированный атом – это дефект кристаллической решетки, при котором один из атомов выходит из равновесия. Вы можете наблюдать данный дефект на изображении 4.

Ни вакансии, ни дислоцированный атом не остаются без движения. Их непрерывное перемещение внутри кристаллической решетки называется диффундированием. Так как энергия между атомами распределяется неравномерно, вакансия может передвигаться внутри атома до тех пор, пока не выйдет из него на поверхность кристалла.

Дислоцированные атомы и вакансии искажают кристаллическую решетку, по этой причине свойства кристалла могут меняться. При проведении термообработки важно учитывать все эти факторы. Индукционный нагрев в некоторых случаях может помочь избавиться от дефекта кристаллической решетки, равномерно распределив тепло по всей поверхности кристалла.

Наиболее распространенными линейным дефектом кристаллической решетки является дислокация. Дислокация – это нарушение правильного кристаллического строения металла. На изображении пять вы можете разглядеть дислокацию атомов. а) Дислокация расположена на левом краю кристалла. б) Центральное расположение дислокации. в) Дислокация расположена на правом краю кристалла.

Поверхностные дефекты появляются на границе зерен или субзерен, если атомы обладают не таким правильным расположением, как внутри зерна. Как правило, по границам зерен скапливаются дислокации и вакансии. На изображении 6 вы можете разглядеть поверхностные дефекты кристаллической решетки, разделяющие зерно на блоки.

Сплавы металлов — структура

На сегодняшний день производители все чаще стали использовать при создании металлических изделий не чистые металлы, а сплавы. Сплавы металла – это вещества, которые образовались в результате затвердения расплава, состоящего из нескольких компонентов. Компонентами формирования сплавов служат только металлы или металлы с небольшим количеством примесей.

Металлические сплавы подразделяются на двойные, тройные и т.п. (по количеству входящих в них компонентов), а также на черные и цветные металлы (в зависимости от того, какой металл лежит в основе сплава). Если строение металлов понять проще, то строение сплавов существенно отличается. Строение металлического сплава довольно сложное. Существует несколько видов сплавов, в зависимости от характера взаимодействия его компонентов друг с другом.

1. Химическое соединение – сплавы металлов, элементы которого могут вступать друг с другом в химическое взаимодействие, тем самым создавая новую кристаллическую решетку. Образовавшееся химическое соединение обладает уже совсем другими свойствами, чем компоненты, вошедшие в его состав.
2. Механическая смесь – сплавы металла, компоненты которого не растворяются, находясь в твердом состоянии, а также не вступают друг с другом в химическое соединение. Как правило, механическая смесь не изменяет кристаллические решетки металлов, входящих в сплав.
3. Твердый раствор – сплав, образовавшийся во время охлаждения жидкого раствора сплава, компоненты которого сохранили растворимость, а при кристаллизации смогли образовать единую кристаллическую решетку.

Твердые растворы также подразделяются на два главных типа: внедрения и замещения. Если посмотреть на изображение 7, то вы отметите на первой картинке, как атомы растворимого компонента начали замещать атомы растворителя. При этом никогда не ясно, в каком соотношении атомы заменят друг друга.

Однако важно отметить, что необходимо соблюдение двух главных условий, чтобы началась замена атомов. Первое – оба компонента должны иметь схожие кристаллические решетки. Второе – размеры атомов входящих в состав сплава компонентов должны различаться лишь незначительно (не более 8%).

Атомы, входящие в состав твердых растворов внедрения, значительно отличаются друг от друга по размерам. Справа на изображении 7 вы можете заметить, как атомы одного компонента внедряются в пустоты кристаллической решетки другого. Во время формирования твердого раствора кристаллическая решетка искажается, а ее параметры меняются.

В большинстве случаев атомы распределяются беспорядочно, однако бывают случаи, когда она размещаются внутри кристаллической решетки упорядоченно (при медленном охлаждении расплава меди и золота). Твердые растворы с равномерно распределенными атомами внутри кристаллической решетки называются сверхструктурными. Индукционный нагрев одинаково хорошо справляется и с чистыми металлами и с их сплавами.

Общие сведения о металлах и сплавах

Металлы — кристаллические вещества, характеризующиеся высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфическими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с атомами электроны, которые могут свободно перемещаться.

В технике обычно применяют не чистые металлы, а сплавы, что связано с трудностью получения чистых веществ, а также с необходимостью придания металлам требуемых свойств.

Сплавы — это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов. В строительстве применяют сплавы железа с углеродом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь) и др. На практике термин «металлы» распространяют и на сплавы, поэтому далее он относится и к металлическим сплавам.

Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные.

К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (чугун и сталь).

Сталь — сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. По химическому составу различают стали углеродистые и легированные, а по назначению — конструкционные, инструментальные и специальные.

Чугун — сплав железа с углеродом (более 2,14%), некоторым количеством марганца (до 2%), кремния (до 5%), а иногда и других элементов. В зависимости от строения и состава чугун бывает белый, серый и ковкий.

К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана и др.

Широкое использование металлов в строительстве и других отраслях экономики объясняется сочетанием у них высоких физико-механических свойств с технологичностью.

Металлы обладают высокой прочностью, причем прочность на изгиб и растяжение у них практически такая же, как и на сжатие (у каменных материалов прочность на изгиб и растяжение в 10… 15 раз ниже прочности на сжатие). Так, прочность стали более чем в 10 раз превышает прочность бетона на сжатие и в 100…200 раз прочность на изгиб и растяжение; поэтому, несмотря на то что плотность стали (7850 кг/м ) в 3 раза выше плотности конструкционного бетона (2400 + 50 кг/м ), металлические конструкции при той же несущей способности значительно легче и компактнее бетонных. Этому способствует также высокий модуль упругости стали (в 10 раз выше, чем у бетона и других каменных материалов). Еще более эффективны конструкции из легких сплавов.

Металлы очень технологичны: во-первых, изделия из них можно получать различными индустриальными методами (прокатом, волочением, штамповкой и т. п.), во-вторых, металлические изделия и конструкции легко соединяются друг с другом с помощью болтов, заклепок и сварки.

Однако с точки зрения строителя металлы имеют и недостатки. Высокая теплопроводность металлов требует устройства тепловой изоляции металлоконструкций зданий. Хотя металлы негорючи, но металлические конструкции зданий необходимо специально защищать от действия огня.

Это объясняется тем, что при нагревании прочность металлов резко снижается и металлоконструкции теряют устойчивость и деформируются. Большой ущерб экономике наносит коррозия металлов. Металлы широко применяют в других отраслях промышленности, поэтому их использование в строительстве должно быть обосновано экономически.

Наука, изучающая состав, строение и свойства металлов и сплавов, а также зависимость между внутренним строением (структурой) и свойствами металлических сплавов называется металловедением.

Отличительными особенностями металлов являются: блеск, ковкость, непрозрачность, теплопроводность и электропроводность.

Таким образом, под термином «металлы» понимают всю группу металлических материалов — чистые металлы и сплавы. Чистые металлы используют только в тех случаях, когда от материала требуются высокие показатели теплопроводности, электропроводности и высокая температура плавления. Эти свойства у них всегда выше, чем у сплавов.

Основными материалами при монтаже металлоконструкций, трубопроводов и оборудования являются сплавы, имеющие по сравнению с чистыми металлами следующие преимущества: – более высокую прочность; – способность изменять свойства при изменении химического состава; » – способность улучшать свойства под влиянием термической обработки; – более низкую температуру плавлеиия; – большую текучесть в расплавленном состоянии; – меньшую усадку.

Указанные свойства сплавов имеют большое практическое значение, так как позволяют получать всевозможные металлоконструкции с показателями, отвечающими требуемым эксплуатационным условиям.

Применяемые в строительстве сплавы делят на две группы: I группа — сплавы на основе железа (сталь, чугун); II группа—сплавы на основе металлов (сплавы на медной, алюминиевой, магниевой и другой основе — бронза, латунь, силумины и др.).

К физическим свойствам металлов относятся: удельный вес, теплопроводность, электропроводность и температура плавления.

Удельный вес — это вес 1 см3 металла, сплава или любого другого вещества, выраженный в граммах. Например, удельный вес железа равен 7,88 г/см3. Удельные веса наиболее распространенных металлов приведены в табл. 1.

Теплопроводность — способность металлов и сплавов проводить тепло. Теплопроводность измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением 1 см2 за 1 мин.

Электропроводность — способность металлов и, сплавов проводить электричество. Это свойство наиболее характерно для чистых металлов. Для сплавов более характерным является свойство, обратное электропроводности — электросопротивление.

Удельным электрическим сопротивлением называется сопротивление проводника сечением 1 мм2 и длиной 1 м, выраженное в омах.

Температура плавления — степень нагрева, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое (табл. 1).

К механическим свойствам металлов и сплавов относят: твердость, прочность, упругость, пластичность.

Эти свойства обычно являются решающими показателями, определяющими способность металлов сопротивляться прилагаемым к детали, узлам и металлоконструкциям внешним нагрузкам, характеризующим пригодность сплава” или изделия к различным условиям эксплуатации.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого, более твердого тела. ,

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

Упругость—способность металла принимать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки.

Пластичность (вязкость) — способность металла изменять первоначальные формы и размеры под действием нагрузки и сохранять приданные формы и размеры после прекращения ее действия.

К технологическим свойствам относят обрабатываемость резанием, ковкость, жидкотекучесть, усадку, свариваемость и другие свойства, определяющие пригодность материала к обработке тем или иным способом.

Обрабатываемость резанием — способность металла более или менее легко обрабатываться острым режущим инструментом.

Ковкость — способность металла поддаваться обработке давлением, принимать новую форму и размеры под влиянием прилагаемой нагрузки без нарушения целостности.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла или сплава заполнять литейную форму.

Усадка—уменьшение объема отливки при охлаждении сплава.

Свариваемость — способность металлов образовывать прочные соединения отдельных металлических заготовок путем их местного нагрева до расплавленного или пластического состояния.

Химические свойства металлов — это способность металлов вступать в соединения с различными веществами, и в первую очередь с кислородом. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем легче он разрушается. Разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды называется коррозией.

Источник: pressadv.ru

Сплавы металлов, их применение в промышленности

Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:

1. метод изготовления:
   литые;
2. порошковые;
3. технология производства:
   литейные;
4. деформируемые;
5. порошковые;
6. однородность структуры:
7. гомогенные;

Виды сплавов по их основе

черные (железо);

двойные;

тугоплавкие;

конструкционные;

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

Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.

Сплавы, их классификация и свойства

Существует несколько способов классификации сплавов:

• по способу изготовления (литые и порошковые сплавы);
• по способу получения изделия (литейные, деформируемые и порошковые сплавы);
• по составу (гомогенные и гетерогенные сплавы);
• по характеру металла – основы (черные –основа Fe, цветные – основа цветные металлы и сплавы редких металлов – основа радиоактивные элементы);
• по числу компонентов (двойные, тройные и т.д.);
• по характерным свойствам (тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие и др.);
• по назначению (конструкционные, инструментальные и специальные).

Примеры решения задач

Свойства сплавов

Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.

Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.

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.

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.

Распространенные металлы

• Летающим металлом в природе является алюминий. Общеизвестным можно назвать и тот факт, что именно этот металл наиболее распространен на всей планете. Его доля по массе в земной коре составляет 8,6 процентов.
• Наиболее распространенным сплавом из металлов считается дюралюмин. Именно он берется за основу при создании крыльев для фюзеляжей и самолетов. Известным является и то, что оболочка первого искусственного спутника на Земле была сконструирована из такого сплава алюминия. Его применяют и при строительстве, и в промышленных целях.
• Самый редкий и дорогой металл в мировом пространстве — калифорний. Его можно создать лишь очень дорогостоящим искусственным способом, и в начале 21 века учёные в конце концов сумели воссоздать только 10 граммов калифорния.
• Самый прочный в мире металл — титан.

Золото

Золото — это благородный металл, который не подвергается ни ржавлению, ни потускнению. Он не образует оксидную пленку на собственной поверхности при контактировании с другими веществами, такими как воздух, вода, крем для рук. Другие же металлы сталкиваются с таким.

Если верить исследованиям геологов, то практически все золото на Земле возникло на фоне времен метеоритных штормов, которые происходили больше 2 миллиардов лет назад. Есть предположения о том, что данные метеориты были сформированы после столкновения звезд несколько миллиардов лет назад. По такой причине золото добывается на всех земных континентах.

Франклин Рузвельт в 1933 году смог подписать интересное распоряжение 6102, которое запрещало гражданам Соединенных Штатов Америки копить золото. Если человек того времени владел золотом, то его штрафовали в размере 10 тыс долларов.

Читай также: Интересные факты о водопаде Виктория, его расположение, происхождение, описание

Золоту всегда приписывались магические и лечебные свойства. Так, во времена средневековья «золотой лист» использовали в качестве украшения приготовленных блюд и напитков на пир, чтобы показать, насколько богаты хозяева. Тогда считалось, что если съесть этот «золотой лист», то удастся сильно оздоровиться и набраться дополнительных жизненных сил и энергии.

Золото всегда ассоциировалось у людей с первенством, победой и достижениями. В связи с этим золотыми медалями награждают при присуждении Нобелевской премии за наиболее выдающиеся научные открытия. Но, не каждая присвоенная золотая медаль сделана из чистого золота. Так, Олимпийское золото не считается таковым: медали для призеров вылиты из серебра, после чего их покрывают тоненьким слоем золота.

Китай является одним из крупнейших потребителей золота во всем мировом пространстве, и его доля составляет 30% мирового спроса на ювелирные изделия из данного металла. Индия занимает второе место по количеству потребления золота в мире.

В 1869 году золотоискатели в Австралии смогли найти самородок золота, который стал рекордом по весу металла — 72 кг. Величина данного самородка составляла 31х63,5 см.

Народами мира золото используется даже при приготовлении пищи. Так, население Древней Индии имело верование касательно того, что потребление такого металла способно раскрыть в человеке левитационные возможности.

В странах Азии этот металл использовался в качестве приправы для десертов. Золото добавлялось к напиткам. Начиная с 16-го века сусальное золото помещалось и в дорогие горячительные напитки, такие как Goldschlager и Danziger Goldwasser.

В мировом океане прячется около 10 млрд тонн золота. В свою очередь встречается золото на всех континентах земного шара. Добыча такого драгоценного металла активно развито и считается, что больше 80% ископаемого все еще внедрено в землю.

В древние времена большое количество золота добывали в Нубии. Там рабы, которые считались искателями данного металла, сильно страдали и мучились, а знать тем временем называла золото божественным металлом.

Серебро

Люди начали использовать серебро еще до наступления нашей эры. Так, в Сардинии этот благородный металл добывался и обрабатывался еще в эпоху раннего энеолита.

При комнатной температуре серебро имеет способность проведения электричества. И эта способность в нем лучше, нежели в любом другом металле, известном человечеству.

Серебро обладает практически стопроцентным коэффициентом светового отражения.

Рукотворная смена погоды либо «разгон туч», стала возможной именно за счет применения йодистого серебра, что распылялся с летящего самолета.

Совместно с едой человек каждый день получает примерно 0,1 мг серебра.

В человеческом организме присутствует самое большее количество серебра и расположено оно в нейронах головного мозга.

В Японии серебро использовалось при создании кондиционеров. Эти охлаждающие приборы не только освежали, но и очищали воздух в помещении.

Передозировка серебра способна оказать на организм человека токсическое воздействие. В данной ситуации могут быть разрушенными молекулы ДНК.

Ртуть

Ртуть считается достаточно тяжелым металлом, потому что она имеет огромную плотность. Так, к примеру, 1 литр ртути обладает массой, составляющей примерно 13,6 килограммов.

Ртуть не будет совместимой только с 2 типами металла: железом и платиной. С остальными же видами металлических соединений она замечательно совмещается и позволяет воссоздать смешение сплавов с собственным участием.

Когда-то давно металлическая ртуть использовалась при лечении заворота кишок. Нов результате таких необычных опытов удалось выяснить, что эффективность подобного способа лечения приближена к нулю, а риск разрыва желудка — к 10 из всех возможных.

Ртуть принимает активное участие при переработке нефти. Так, при помощи данного металлического соединения возможно отрегулировать оптимальную температуру для такого непростого процесса.

Медь и кобальт

Люди начали добывать и выплавлять медь приблизительно 5-6 тысяч лет назад.

Если верить доказательствам польских ученых, то в водоеме с присутствием меди, рыба вырастает намного больше привычных размеров. В ставках и речках, где данного металла нет, в воде развивается грибок и плесень.

Акулы не переносят присутствие меди в воде.

Средняя норма употребления меди для взрослого человека составляет порядком 0,9 миллиграммов.

Читай также: Интересные факты о жизни Михаила Шолохова, биография, личная жизнь, творчество

Медь является одним из металлов, который активно перерабатывается и применяется повторно. В среднем в мире перерабатывают приблизительно 80% всего объёма меди.

Больше всего меди в организме человека есть в печени.

С помощью методики спектрального анализа ученым удалось установить присутствие кобальта в атмосфере Солнца, а также в атмосферах разных звезд.

Кобальт имеется в составе всем известного витамина В12.

В 1960-х годах соли кобальта применяли некоторые пивоварни. Это помогало им стабилизировать пену. Люди, которые на постоянной основе выпивали больше 4 литров пива за сутки, получали серьёзные побочные эффекты, связанные с работой сердца. В отдельных случаях это приводило к смерти.

Железо

Когда люди только научились добывать железо и обрабатывать его, оно по цене было дороже золота.

Если нагреть железо до температуры 2862 градуса, то оно имеет способность испаряться. При этом данный металл станет жидким при нагревании до 1538 градусов.

В организме среднестатистического взрослого человека имеется примерно 5 граммов железа.

Если из человеческого организма убрать всё железо, то человек быстро умрет, потому что без этого элемента кровь не способна переносить кислород.

В речной воде железа содержится в 100-1000 раз больше, нежели в море.

Недостаток железа в организме испытывает примерно 2 млрд человек в мире.

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.

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.

Область применения титановых сплавов

Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:

1. аэрокосмическая;
2. химическая;
3. атомная;
4. криогенная;
5. судостроительная;
6. протезирование.

Применение 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 смеси золота с 10–30 % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из соединений с 25–30 % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.

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

Основные преимущества соединений алюминия:

1. Доступность.
2. Малый удельный вес.
3. Долговечность.
4. Устойчивость к холоду.
5. Хорошая обрабатываемость.
6. 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.

Слитки из алюминиевых сплавов

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.

Источник: seventools.ru

Какие бывают виды и типы металлов и их сплавов

В строительстве, промышленности и других сферах жизни человека часто используются различные виды металлов. Они отличаются между собой свойствами, по которым их отбирают и применяют в той или иной области. Материалы получают разнообразными способами. Некоторые разновидности металлов соединяют вместе, чтобы получить сплавы, приобретающие уникальные физические и химические свойства.

Характеристики и признаки

Металлы представляют собой группу элементов в виде простых веществ, имеющих характерные металлические свойства. В природе они присутствуют в виде руд или соединений. Изучением характеристик этих материалов занимаются такие науки, как химия, физика и металловедение.

Металлы обладают совокупностью различных свойств. По механическим определяют их способность сопротивляться деформации и разрушению. Технологические помогают определить податливость материалов к различным видам обработки. Химические свойства показывают их взаимодействие с разными веществами, а физические говорят об их поведении в тепловом, гравитационном или электромагнитном полях.

Металлы классифицируют по следующим свойствам:

• Твёрдость — устойчивость материала к проникновению другого.
• Прочность — сохранение формы, структуры и размера после воздействия динамической, статической и знакопеременной нагрузки.
• Упругость — изменение формы без нарушения целостности при деформации и возможность возвращения к первоначальному виду.
• Пластичность — удерживание полученной формы и целостности под воздействием сил.
• Износостойкость — сохранение наружной и внутренней целостности под воздействием продолжительного трения.
• Вязкость — удерживание целостности под увеличивающимся физическим воздействием.
• Усталость — число и период циклических воздействий, выдерживаемых металлом без изменения целостности.
• Жароустойчивость — стойкость к высоким температурам.

Первостепенным признаком металлов выступает отрицательный коэффициент проводимости электричества, который при понижении температуры повышается, а при повышении — частично или полностью теряется. Второстепенными признаками материалов являются металлический блеск и высокая температура плавления. Кроме того, некоторые типы металлов, являющихся соединениями, могут быть восстановителями при окислительно-восстановительных реакциях.

Металлические свойства взаимосвязаны, так как составляющие материала влияют на все остальные параметры. Металлы подразделяются на чёрные и цветные, но их классифицируют по многим признакам.

Группа с железом и его сплавами

Чёрным металлам свойственны внушительная плотность, большая температура плавления и тёмно-серый окрас. К этой группе в основном относят железо с его сплавами. Для придания последним специфических свойств используют легирующие компоненты.

Подгруппы чёрных видов металлов:

• Железные — железо, кобальт, марганец, никель. Обычно их берут за основу или как добавку к сплавам.
• Тугоплавкие — вольфрам, молибден, титан, хром. Они плавятся при температуре, превышающей уровень плавления железа. Из тугоплавких разновидностей получают легированные стали.
• Редкоземельные — лантан, неодим, церий. Они имеют родственные химические свойства, но различаются по физическим параметрам. Используются как присадка к сплавам.
• Урановые (актиноиды) — актиний, нептуний, плутоний, торий, уран. Широко используются в атомной энергетике.
• Щёлочноземельные — кальций, литий, натрий. В свободном виде не применяются.

Цветные разновидности

Цветные металлы более востребованы, чем чёрные, поскольку большая часть из них представляет собой сырье для производства металлопроката. Эта группа материалов отличается широкой сферой применения: они используются в металлургии, машиностроении, радиоэлектронике, сфере высоких технологий и других областях.

Классификация по физическим параметрам:

• Тяжёлые — кадмий, никель, олово, ртуть, свинец, цинк. В природных условиях они образуются в прочных соединениях.
• Лёгкие — алюминий, магний, стронций, титан и другие. Характеризуются невысокой температурой плавления.
• Благородные — золото, платина, родий, серебро. Для них свойственна повышенная стойкость к коррозии.

Цветные металлы отличаются небольшой плотностью, хорошей пластичностью, невысокой температурой плавления и преобладающими цветами (белым, жёлтым, красным). Из них изготавливается различная техника. Поскольку прочность материалов довольно низкая, их не используют в чистом виде. Из них производят лёгкие сплавы различного назначения.

Тяжёлые металлы

Материалы этой группы характеризуются внушительным атомным весом и плотностью, превышающей показатель у железа.

Рекомендуем: Радиоактивные отходы: описание и виды, утилизация и переработка ядерного мусора, могильники РАО в России

Большим спросом пользуется медь, которая выступает проводником электрического тока. Она отличается розовато-красным оттенком, маленьким удельным сопротивлением, хорошей теплопроводностью, небольшой плотностью, прекрасной пластичностью и устойчивостью к коррозии. В сфере техники используют сплавы меди: бронзу (с добавлением алюминия, никеля или олова) и латунь (с цинком). Бронзу применяют в производстве мембран, круглых и плоских пружин, червячных пар и разной арматуры. Из латуни изготавливают ленты, листы, проволоку, трубы, втулки, подшипники.

Группа тяжёлых металлов выступает одной из главных причин загрязнения окружающей среды. Токсичные вещества поступают в океаны через сточные воды с предприятий отрасли промышленности. Некоторые разновидности тяжёлой группы могут накапливаться в живых организмах.

Ртуть относится к высокотоксичным металлам для людей. При сжигании угля на электростанциях её соединения переходят в атмосферу, а затем преобразуются в осадки и попадают в водоёмы. Обитатели пресноводных и морских систем накапливают большое количество опасного вещества, что приводит к отравлениям или смерти людей.

Кадмий считается рассеянным и достаточно редким элементом, способным попадать в океан через сточные воды с металлургических предприятий. Это вещество в малом количестве есть в человеческом организме, но при высоком показателе он разрушает костную ткань и приводит к анемии.

Свинец в рассеянном состоянии присутствует почти везде. При избытке металла в организме человека наблюдаются проблемы со здоровьем.

Мягкие виды

Алюминий серебристо-белого цвета характеризуется лёгкостью, высокой устойчивостью к коррозии, хорошей электропроводностью и пластичностью. Характеристики материала сделали его полезным в самолётостроении, электропромышленности и пищевом производстве. Алюминиевые сплавы применяются в сфере машиностроения.

Магнию свойственна низкая коррозийная устойчивость, зато лёгкий материал незаменим в технической области. В сплавах с этим металлом используют алюминий, марганец и цинк, которые хорошо режутся и отличаются высокой прочностью. Магниевые сплавы используют в производстве корпусов для фотоаппаратов, двигателей и других приборов.

Благородные материалы

Некоторые разновидности металлов редко встречаются в природе и отличаются трудоёмкими способами добычи. Металлы благородной группы — это:

Люди узнали о золоте ещё в эпоху каменного века. Самый дорогой металл в мире можно встретить в природе в виде самородков, в которых присутствует небольшое количество примесей. Также он встречается в сплавах с серебром.

Золото отличается теплопроводностью и очень низким сопротивлением. Из-за хорошей ковкости материал применяют в изготовлении ювелирных изделий.

Серебро идёт вторым по ценности после золота. В природе оно обычно встречается в качестве серебряной руды. Серебру характерны мягкость, пластичность, тепло- и электропроводность.

Платина, открытая в середине XX века, выступает редким материалом, который можно отыскать только в залежах различных сплавов. Её довольно трудно добывать. Ценность металла заключается в том, что он не подвергается воздействию кислот. При нагревании платина не изменяется в окраске и не окисляется.

Родий тоже относится к благородным металлам. Он обладает серебристым цветом с голубым отливом. Родий отличает устойчивость к химическим воздействиям и перепадам температур, но хрупкий металл портится под механическим воздействием.

Классификация по твёрдости

Металлы также делят на твёрдые и мягкие.

Самый твёрдый из чистейших материалов в мире — это хром. Он относится к тугоплавким разновидностям и отлично поддаётся механической обработке. Другим твёрдым элементом выступает вольфрам. Он характеризуется высокой температурой плавления, теплоустойчивостью и гибкостью.

Из него выковывают различные детали и изготавливают небольшие элементы, необходимые для осветительных приборов. Вольфрам часто присутствует в тяжёлых сплавах. Твёрдые металлы сложно не только добывать, но и просто найти на планете. В основном их содержат упавшие на Землю метеориты.

К самым мягким металлам относят калий, натрий, рубидий и цезий. Также в этой группе состоят золото, серебро, медь и алюминий. Золото присутствует в морских комплексах, осколках гранитов и человеческом организме. Внешние факторы способны разрушить ценный металл. Мягкое серебро применяют в изготовлении посуды и ювелирных украшений.

Натрий широко используют практически в любой промышленной отрасли. Ртуть, выступающую самым мягким металлом в мире, применяют сельскохозяйственной и химической промышленности, а также электротехнике

Источник: vtothod.ru