- •1. Зміст дисципліни
- •2. Загальна характеристика металів та розвиток науки про них
- •Розділ 1.1 виробництво чавуну
- •1.1.1. Вогнетривкі матеріали
- •1.1.3. Залізні та марганцеві руди
- •1.1.4. Флюси
- •1.1.5. Підготовка залізних руд до плавлення
- •1.1.6. Будова доменної печі та її допоміжних агрегатів
- •1.1.7. Доменний процес
- •1.1.8. Продукти доменного виробництва
- •1.1.9.Техніко-економічні показники виробництва чавуну
- •1.2.1. Суть процесу
- •1.2.3. Виробництво сталі в кисневих конвертерах
- •1.2.4. Техніко-економічні показники виробництва сталі в кисневих конвертерах
- •1.2.5. Виробництво сталі в електропечах
- •Розділ 1.3 розливання сталі
- •1.3.1. Розливання сталі у виливниці
- •1.3.2. Будова сталевого зливка
- •1.3.3. Безперервне розливання сталі
- •1.3.4. Рафінування сталі поза межами виплавлювального агрегату
- •1.4.1. Руди алюмінію
- •1.4.2. Виробництво глинозему
- •1.4.3. Електроліз глинозему
- •1.4.4. Рафінування алюмінію
- •Розділ 1.5 металургія міді
- •1.5.1. Руди міді
- •1.5.2. Збагачення мідних руд
- •1.5.3. Випалювання мідних руд
- •1.5.4. Отримання мідного штейну
- •1.5.5. Отримання чорнової міді
- •1.5.6. Вогняне рафінування чорнової міді
- •1.5.7. Електролітичне рафінування міді
- •Розділ 1.6 виробництво титану
- •1.6.1. Руди титану
- •1.6.2. Отримання титанового шлаку
- •1.6.3. Отримання чотирихлористого титану
- •1.6.4. Відновлення титану
- •1.6.5. Отримання зливків титану
- •Матеріалознавство
- •2.1.1. Класифікація металів
- •2.1.2. Електронна будова атома та періодична система елементів
- •2.1.3. Типи міжатомних зв'язків у твердих тілах
- •2.1.4. Кристалічна будова металів
- •2.1.5. Дефекти кристалічної будови
- •2.1.5.1. Точкові дефекти
- •2.1.5.2. Лінійні дефекти
- •2.1.5.3. Поверхневі дефекти
- •2.1.5.4. Об'ємні дефекти
- •Розділ 2.2 кристалізація металів
- •2.2.1. Енергетичні умови процесу кристалізації
- •2.2.2. Механізм кристалізації
- •2.2.3. Кінетика кристалізації
- •2.2.4. Поліморфні перетворення
- •Розділ 2.3
- •2.3.1. Поняття про напруження
- •2.3.2. Пружна і пластична деформації металів
- •2.3.3. Наклеп
- •2.3.4. Відмова
- •2.3.5. Рекристалізація
- •2.3.6. Механічні властивості металів
- •2.3.6.2. Пластичність
- •2.3.6.3. Твердість
- •2.3.6.4. Ударна в'язкість
- •2.4.1. Сплави
- •2.4.2. Поняття про діаграми стану
- •2.4.3. Правило фаз
- •2.4.4. Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють необмежені тверді розчини
- •2.4.5. Правило відрізків
- •2.4.6. Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють обмежені тверді розчини та евтектику
- •2А.7. Діаграма стану сплавів з перитектичним перетворенням
- •2.4.8. Діаграма стану сплавів з утворенням хімічної сполуки
- •2.4.9. Про зв'язок властивостей сплаву з типом діаграми
- •Розділ 2.5 залізовуглецеві сплави
- •2.5.1. Компоненти залізовуглецевих сплавів
- •2.5.2. Фази системи залізо-вуглець
- •2.5.3. Діаграма стану залізо-вуглець
- •Розділ 2.6 вуглецеві сталі
- •2.6.1. Вплив вуглецю
- •2.6.2. Вплив постійних домішок на властивості сталі
- •2.6.3. Класифікація вуглецевих сталей
- •2.6.3.1. Сталі звичайної якості
- •Розділ 2.7 чавуни
- •2.7.1. Білі чавуни
- •2.7.2. Графітизація чавунів
- •2.7.3. Діаграма стану залізо-графіт
- •2.7.4. Вплив домішок і швидкості охолодження на структуру та властивості чавунів
- •2.7.5. Чавуни з пластинчастим графітом (сірі чавуни)
2.1.2. Електронна будова атома та періодична система елементів
Характерні фізичні, хімічні та механічні властивості, які відрізняють метали від інших елементів, визначаються електронною будовою їх атомів. Число електронів у електрично нейтральному атомі будь-якого елемента дорівнює його порядковому номеру в періодичній системі Дмитра Менделєєва. Електрони атома перебувають на строго визначених енергетичних рівнях, що відповідають головним квантовим числам п (п = 1,2,3,4,5,6,7).
Енергетичні рівні, в свою чергу, поділяються на підрівні, які позначаються літерами s, p, d і /. Максимальна кількість електронів на підрівнях така: s — 2, р — 6, d — 10, / — 14. Зі збільшенням величини п збільшується відстань електрона від ядра, а отже, підвищується його енергія.
Зростання енергії електронів і послідовність заповнення ними енергетичних рівнів (п •= 1,2,3,4,5,6,7) та підрівнів (s,p,d,f) відбувається за такою схемою: ls->2s-*2p-*3s^>3p-*4s->3d-*4p->5s-*4d-*5p->6s^-4f->5d^>6p-*7s-*5H6d.
Користуючись цією схемою і знаючи порядковий номер елемента, можна побудувати електронну модель атома. В цій моделі числами 1,2,3,4,5,6,7 позначають енергетичні рівні, літерами s, p, d, f — енергетичні підрівні, а число електронів у підрівні пишуть у вигляді степеня. Наприклад, електронна модель Натрію (№ 11)
Is2 2s2 2р6 3s', тобто на першому енергетичному рівні перебувають два електрони, що займають підрівень Is, на другому рівні — вісім електронів, що займають підрівні 2s (два електрони) і 2р (шість електронів), на третьому рівні — один електрон (підрівень 3s). Саме розподіл електронів на енергетичних рівнях і підрівнях є причиною періодичних змін валентності елементів і їх властивостей зі збільшенням атомного номера.
2.1.3. Типи міжатомних зв'язків у твердих тілах
Тип зв'язку між елементарними частинками в твердому тілі (кристалі) визначається електронною будовою атомів, які взаємодіють. Найважливіші зв'язки: іонний, ковалентний і металевий. Тип зв'язку істотно впливає на властивості матеріалу.
Іонний зв'язок виникає між різнорідними атомами, наприклад Натрію і Хлору, один з яких віддає свій валентний електрон і перетворюється у позитивно заряджений іон (Na+), а інший приймає електрон і стає негативно зарядженим іоном (СR). Отже, іонний зв'язок зумовлюється електростатичною взаємодією протилежно заряджених іонів. Він типовий для неорганічних сполук. У більшості випадків іонні кристали — діелектрики.
Ковалентний зв'язок утворюється за рахунок об'єднання валентних електронів сусідніх атомів на одному енергетичному рівні. Об'єднані електрони належать водночас обом атомам і перебувають на спільному рівні. Ці електрони мають протилежно скеровані спіни і взаємодіють як два електромагніти. Ковалентний зв'язок утворюють як однорідні атоми (Силіцій, Карбон в кристалічній гратці алмазу), так і різнорідні (Ферум — Карбон у хімічній сполуці Fe3C, Алюміній — Нітроген у хімічній сполуці A1N). Ковалентний зв'язок дуже міцний. Багато кристалів з таким зв'язком характеризуються високою температурою плавлення, значною твердістю (карбіди, нітриди) і зносостійкістю.
Металевий зв'язок реалізується електростатичною взаємодією між позитивно зарядженими іонами та негативно зарядженими вільними електронами. Валентні електрони атомів металу порівняно легко втрачають зв'язок зі своїми ядрами, утворюючи т. зв. електронний газ. Металевий зв'язок не скерований в одному напрямку. Добра електро- і теплопровідність металів забезпечується вільними електронами.