1.(( Строение металлов.
Металлы делятся:Черные (железо и его сплавы).Цветные (остальные металлы и их сплавы).
Общим свойством металлов и их сплавов является их кристаллическое строение.
Известно, что все тела состоят из атомов. Тела в которых атомы расположены беспорядочно - аморфные (стекло, воск, смола и др.).
Кристаллические тела, к которым относятся все металлы и их сплавы характеризуются упорядоченным расположением атомов. В них атомы располагаются в углах кристаллических решеток.Аморфные тела изотропны, т.е. имеют одинаковые свойства по всем направлениям.Кристаллические тела, анизотропны у них неоднородные свойства в разных геометрических направлениях.В процессе кристаллизации металлов и сплавов могут образовываться кристаллические решетки разного типа. Наиболее распространенными являются объемно-центрированные кубические, гранецентрированные кубические и гексагональные. Гранецентрированная и гексагональная - характеризуются наиболее плотной упаковкой атомов и их компактным размещением.Расстояния между соседними атомами в решетке очень малы. Для их измерения пользуются особой единицей Ангстремом (А) 1А =10-8 см.Решетку объемно-центрированного куба имеют: K, Cr, Fe, Pb, W;Гранецентрированного куба: Al, Fe, N, Cu, Au, Ag;Гексагональная - Be, Mg, Zn, T;Некоторые металлы (Fe, Mn, кобальт) в зависимости от температуры нагрева могут иметь кристаллические решетки различного строения и, следовательно обладать различными свойствами. Это явление называется аллотропией. Аллотропия превращения сопровождается процессом перестройки атомов в кристаллической решетке и выделением или поглощением теплоты. Аллотропию формы обозначают , , и т.п.К металлам не перестраивающим свои решетки при нагреве относятся Al, Mg, Cu.
Кристаллизация металлов
Всякое вещество может находится в 3-х стационарных состояниях: твердом, жидком и газообразном.Переход из одного состояния в другое может проходить при определенной температуре плавления или кипения.Переход металла из жидкого состояния в твердое при определенной температуре называют кристаллизацией.Процесс кристаллизации металлов складывается из двух процессов:
образование центров кристаллизации (зародышей); 2) рост кристаллов из этих центров.
При температуре кристаллизации в жидком металле сначала образуются центры кристаллизации (примеси, шлаковые и неметаллические включения). После образования зародышей атомы жидкого металла, расположенные беспорядочно, начинают располагаться вокруг зародышей и образуют кристаллы правильной геометрической формы, т.к. кристаллизация начинается одновременно во многих местах и рост кристаллов идет по всем направлениям, то смежные кристаллы, сталкиваясь между собой, мешают свободному росту каждого. Кристаллы приобретают неправильную форму их называют кристаллитами, полиэдрами, зернами. Каждое зерно состоит из большого количества мелких кристаллических решеток, в которых атомы расположены закономерно. При наблюдении за нагревом и охлаждением чистого металла могут быть построены кривые охлаждения и нагревания:
Горизонтальный уголок соответствует температуре остановки (tотвердения и tплавления чистого металла).
Аморфные тела не имеют выраженной границы при переходе из жидкого состояния в твердое (с увеличением температуры идет постоянно). При охлаждении металлов и сплавов наблюдается явление переохлаждения которое заключается в том, что металл или сплав остаются в жидком состоянии при температуре ниже температуры затвердевания.У некоторых металлов на кривой охлаждения образуется петля, указывающая на то, что результате большого переохлаждения в начальный момент кристаллизации бурно выделяется скрытая теплота затвердевания и температура металла скачком повышается, приближаясь к температуре плавления.Чем больше скорость охлаждения, тем больше переохлаждение (олово, сурьма, висмут).
Охлаждение и нагревание сплавов характеризуется тем, что затвердевание и расплавление у них происходит не при одной определенной температуре, а в интервале температур. Начало затвердевания - t1, конец - t2.Температуры при которых происходят аллотропические и агрегатные превращения, называются критическими температурами или критическими точками.
2.((Свойства металлов.
Металлы характеризуются механическими, физическими и технологическими свойствами.Физические свойства - определяют поведение материалов в тепловых, гравитационных, э/м, радиационных полях, (плотность, температура плавления, теплоемкость, электропроводность и др.)Химические свойства - способность материалов вступать в химическое взаимодействие с другими веществами, сопротивляемость окислению, проникновению газов и других активных веществ (взаимодействие среды и металла - коррозия).Технологические свойства - способность металлов и сплавов подвергаться горячей и холодной обработке.Механические свойства - способность сопротивляться деформации и разрушению под воздействием различного рода нагрузок (статические, динамические и циклические).
3.(( Коррозия металловРазрушение металлов под воздействием окружающей среды называется коррозией.
Коррозия - это химический или электро- химический процесс. Разрушающей средой при коррозии может быть кислород воздуха, различные газы, а также всевозможные электролиты (кислоты, щелочи, соли).В зависимости от того, какая коррозионная среда действует на металл, различают:
-атмосферная коррозия (под воздействием кислорода (О2) воздуха);
газовая (под воздействием газов);
химическая (реакция металла с сухими газами и жидкими диэлектриками, не проводящими ток (бензин, масла, смолы и т.д.);
электро- химическая коррозия (под воздействием электролита), при этом ионы металла переходят в раствор;
подземная (при взаимодействии с почвой);
подводная (электро- химическая коррозия металла погруженного в жидкость);
Продукты коррозии могут быть легко обнаружены на металле (ржавчина на железе, зеленый налет на меди и т.п.) по ним можно судить о характере коррозионного процесса.Коррозионное разрушение металла может происходить равномерно, т.е. по всей поверхности (общая коррозия) и неравномерно (местная коррозия).Местная коррозия разделяется на следующие типы: пятнами, в виде раковинок, точечная и интеркристаллитная. Разные типы местной коррозии отличаются характером и глубиной коррозионного проникновения. Интеркристаллическая коррозия характерна тем, что коррозионное разрушение возникает по границам зерен, постепенно поражая глубинные слои металла.При электро- химическом разрушении металла коррозионный процесс возникает в результате взаимодействия металла и электролита и заключается в переходе атомов металла в раствор в форме ионов. При погружении металлической пластинки в электролит она приобретает некоторый электрический потенциал в зависимости от природы металла и электролита. Стремление атомов металла перейти в раствор электролита определяется значением потенциала. Все металлы в зависимости от своего электро- химического потенциала располагаются в ряд напряжений. Для возникновения электро- химической коррозии необходим контакт между 2-мя металлами (электродами), наличие разности потенциалов между ними и наличие электролита.
При образовании гальванической пары всякий металл с более отрицательным потенциалом будет служить анодом, с менее отрицательным потенциалом - катодом. Например, в паре цинк-железо, цинк является анодом (будет подвергаться коррозии), а железо - катодом.
При химической коррозии под действием на металлы кислорода воздуха, они покрываются тончайшими слоями окислов. Толщина слоя в обычных атмосферных условиях очень мала и составляет 10-30 А. При высоких температурах образуется слой большой толщины.