Металеві матеріали, їх характеристика і особливості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Чернівецький національний університет імені Ю. Федьковича

Факультет архітектури, будівництва та декоративно-прикладного мистецтва

Реферат

Металеві матеріали, їх характеристика і особливості

Виконав:

Рудан А.С.

Чернівці 2016

План

фізичний метал кристалічний решітка

1. Групи металів

2. Фізичні властивості металів

3. Будова атомів металів

4. Корозія металів

5. Поняття про сплави

1. Групи металів

Усі метали і сплави, застосовувані в даний час у техніці, можна розділити на дві основні групи. До першої з них відносять чорні метали - залізо і всі його сплави, у яких воно складає основну частину. Цими сплавами є чавуни і стали. У техніку часто використовують так називані леговані сталі. До них відносяться сталі, що містять кульгавій, нікель, вольфрам, молібден, ванадій, кобальт, титан та інші метали. Іноді в леговані сталі входять 5-6 різних металів. Методом легування одержують різні коштовні сталі, що володіють в одних випадках підвищеною міцністю, в інші - високою опірністю до стирання, у третіх - корозійною стійкістю, тобто здатністю не руйнуватися під дією зовнішнього середовища.

До другої групи відносять кольорові метали і їхні сплави. Вони одержали таку назву тому, що мають різне забарвлення. Наприклад, мідь ясно-червона, нікель, олово, срібло - білі, свинець - блакитнувато-білий, золото - жовте. Зі сплавів у практиці знайшли велике застосування: бронза - сплав міді з оловом і іншими металами, латунь - сплав міді з цинком, бабіт - сплав олова із сурмою і міддю й ін. Цей розподіл на чорні і кольорові метали умовний. Поряд з чорними і кольоровими металами виділяють ще групу шляхетних металів: срібло, золото, платину, рутеній і деякі інші. Вони названі так тому, що практично не окисляються на повітрі навіть при підвищеній температурі і не руйнуються при дії на них розчинів кислот і лугів. По щільності метали умовно підрозділяються на дві великі групи: легкі метали, щільність яких не більше 5 г/см3, і важкі метали - всі інші.

2. Фізичні властивості металів

По своїх властивостях метали різко відрізняються від неметалів. Зараховуючи той чи інший елемент до розряду металів, ми маємо на увазі наявність у нього визначеного комплексу властивостей:

1. Щільна кристалічна структура.

2. Характерний металевий блиск.

3. Висока теплопровідність і електрична провідність.

4. Зменшення електричної провідності з ростом температури.

5. Низькі значення потенціалу іонізації, тобто здатність легко віддавати електрони.

6. Ковкість і тягучість.

7. Здатність до утворення сплавів.

Дуже важливою рисою металів є їх порівняно легка механічна властивість деформуватися. Метали пластичні, вони добре куються, витягаються, прокочуються тощо. Характерні фізичні властивості металів знаходяться у зв'язку з особливостями їхньої внутрішньої структури. Кристали металів складаються з позитивно заряджених іонів і вільних електронів, які відщепилися від відповідних атомів. Весь кристал можна собі представити у виді просторових ґрат, вузли якої зайняті іонами, а в проміжках між іонами знаходяться легкорухливі електрони. Ці електрони постійно переходять від одних атомів до інших і обертаються навколо ядра то одного, то іншого атома. Тому що електрони не зв'язані з визначеними іонами, то вже під впливом невеликої різниці потенціалів вони починають переміщатися у визначеному напрямку, тобто виникає електричний струм.

Наявністю вільних електронів обумовлюється й висока теплопровідність металів. Знаходячись у безупинному русі, електрони постійно зіштовхуються з іонами й обмінюються з ними енергією. Тому коливання іонів, що підсилилися в даній частині металу внаслідок нагрівання, зараз же передаються сусіднім іонам, від них - наступним і т.д., і тепловий стан металу швидко вирівнюється; уся маса металу приймає однакову температуру.

3. Будова атомів металів

Усі метали у твердому стані мають кристалічну будову, їхні атоми розташовуються в просторі з визначеною закономірністю, створюючи кристалічну решітку (гратку). Найбільш характерними для металів є три типи решіток:

об'ємна центрована кубічна (о.ц.к.),

гранецентрована кубічна (г.ц.к.)

гексагональна щільно упакована (г.щ.у.).

У деяких металів при нагріванні відбуваються зміни в будові кристалічної решітки. Існування того самого металу в різних кристалічних формах (модифікаціях) називається поліморфізмом, а перехід з однієї модифікації в другу - поліморфним перетворенням. При поліморфних перетвореннях поряд із зміною будівлі кристалічної решітки у значній мірі змінюються і властивості металів (об'єм, пластичність, твердість і т.п.). Тому наявність поліморфних перетворень багато в чому визначає поведінка і властивості металу при механічній і термічній обробці, легуванні, при роботі в умовах низьких і високих температур. У різних площинах кристалічної решітки число атомів і відстані між ними неоднакові. У зв'язку з цим властивості окремих кристалів (монокристалів) у різних напрямках виявляються неоднаковими. Таке явище називаєтьсяанізотропією.

Описана вище кристалічна побудова металів, коли в кожному вузлі решітки знаходиться атом, є ідеальним. У дійсності в гратках є багато дефектів: точкових, лінійних, поверхневих. Кристалізацією називається процес переходу металів із рідкого стану у тверде, коли в металі формуються кристалічні гратки.

4. Корозія металів

Майже всі метали, приходячи в зіткнення з навколишньою їх газоподібним чи рідким середовищем, більш-менш швидко піддаються з поверхні руйнуванню. Причиною його є хімічна взаємодія металів з газами, що знаходяться у повітрі, а також водою і розчиненими в ній речовинами. Усякий процес хімічного руйнування металів під дією навколишнього середовища називають корозією. Простіше всього протікає корозія при зіткненні металів з газами. На поверхні металу утворяться відповідні сполуки: оксиди, сірчисті сполуки, основні солі вугільної кислоти, що нерідко покривають поверхню щільним шаром, що захищає метал від подальшого впливу тих же газів.

Інакше обстоїть справа при зіткненні металу з рідким середовищем - водою і розчиненими в ній речовинами. Сполуки, що утворяться при цьому, можуть розчинятися, завдяки чому корозія поширюється далі всередину металу. Крім того, вода, що містить розчинені речовини, є провідником електричного струму, унаслідок чого постійно виникають електрохімічні процеси, що є одним з головних факторів, що обумовлюють і прискорюють корозію. Чисті метали в більшості випадків майже не піддаються корозії. Навіть такий метал, як залізо, у зовсім чистому виді майже не іржавіє. Але звичайні технічні метали завжди містять різні домішки, що створює сприятливі умови для корозії.

Способи боротьби з корозією надзвичайно різноманітні. Найбільш простий з них полягає в захисті поверхні металу від безпосереднього зіткнення з навколишнім середовищем шляхом покриття олійною фарбою, лаком, чи емаллю, нарешті, тонким шаром іншого металу.

Особливий інтерес з теоретичної точки зору представляє покриття одного металу іншим. До них відносяться: катодне покриття, коли захищаючий метал коштує в ряді напруг правіше захищаючого (типовим прикладом може служити луджена, тобто покрита оловом, сталь); анодне покриття, наприклад, покриття стали цинком.

5. Поняття про сплави

Характерною рисою металів є їхня здатність утворювати один з одним чи з неметалами сплави. Металевими сплавами називають складні з'єднання (суміші) на основі металів, що зберігають високу електро- і теплопровідність, ковкість і інші властивості. Сплави можуть складатися з декількох металів або металів і неметалів. Щоб одержати сплав, суміш металів звичайно піддають плавленню, а потім прохолоджують з різною швидкістю, що визначається природою компонентів і зміною характеру їхньої взаємодії в залежності від температури. Іноді сплави одержують спіканням тонких порошків металів, не прибігаючи до плавлення (порошкова металургія). Отже сплави - це продукти хімічної взаємодії металів.

Сучасна техніка використовує величезне число сплавів, причому в переважній більшості випадків вони складаються не з двох, а з трьох, чотири і більшого числа металів. Цікаво, що властивості сплавів часто різко відрізняються від властивостей індивідуальних металів, з яких вони утворені. Так, сплав, що містить 50% вісмуту, 25% свинцю, 12,5% олова і 12,5% кадмію, плавиться усього при 60,5 градусах Цельсія, у той час як компоненти сплаву мають відповідно температури плавлення 271, 327, 232 і 321 градус Цельсія. Твердість олов'яної бронзи (90% міді і 10% олова) утроє більше, ніж у чистої міді, а коефіцієнт лінійного розширення сплавів заліза і нікелю в 10 разів менше, ніж у чистих компонентів.

Однак деякої домішки погіршують якість металів і сплавів. Відомо, наприклад, що чавун (сплав заліза і вуглецю) не має ту міцність і твердість, що характерні для сталі. Крім вуглецю, на властивості стали впливають добавки сірки і фосфору, що збільшують її крихкість. Серед властивостей сплавів найбільш важливими для практичного застосування є жароміцність, корозійна стійкість, механічна міцність і ін. Для авіації велике значення мають легкі сплави на основі магнію, чи титана алюмінію, для металообробної промисловості - спеціальні сплави, що містять вольфрам, кобальт, нікель. В електронній техніці застосовують сплави, основним компонентом яких є мідь. Надпотужні магніти удалося одержати, використовуючи продукти взаємодії кобальту, самарію й інших рідкоземельних елементів, а зверхпровідні при низьких температурах сплави - на основі інтерметалідів, утворених ніобієм з оловом і ін.

Размещено на Allbest.ru