Введение. Материалы в технике. Металлы. Классификация металлов. Строение и свойства металлов. Получение металлов из руд.
Материаловедение – наука о составе, строении, свойствах материалов и законах их изменения.
Все технические изделия изготавливаются из определенных материалов.
Инженер, которому поручено осуществить подбор материалов для телевизионных установок, или для вычислительных машин, висячих мостов, нефтеперерабатывающих заводов, ракетных двигателей, ядерных реакторов или транспортных средств должен обладать достаточными знаниями для оптимального выбора материалов в каждом конкретном случае, принимая во внимание наличие материала, требования технологии обработки, условия эксплуатации, стоимости. Хотя практический опыт служит инженеру отправной точкой при выборе материала, а данные о свойствах можно найти в любом справочнике, все же искусство инженера не сможет проявится в полной мере, если он не понимает факторов, определяющих свойства материалов.
Металлические Неметаллические
Металлы: (Чистые металлы) Pb, Cu, Fe, Ni, Al и т.д
|
Сплавы: (Металлические сплавы) дюралюминий, сталь, чугун, латунь, бронза) |
Органические: Пластмассы, древесина, резина и т.д. |
Неорганические: Стекло,слюда, керамика (фарфор), |
Металлы. Строение и свойства.
Металлы занимают большую часть таблицы элементов Менделеева: 89 элементов – металлы.
Свойства металлов: (в основном чистых)
1.Высокая прочность и пластичность
2.Высокая тепло и электропроводность
3.Высокая отражательная способность (блеск)
4.Способность к термоэлектронной эмиссии
5.Положительный температурный коэффициент электросопротивления (при нагреве R↑)
Эти свойства объясняются наличием свободных электронов.
На наружной орбите находится 1 или 2 электрона.
-
электронный «газ» (облако) - в 1 мкм³
содержится более 50 млрд. свободных
электронов
Одно из обеспечений прочности металлов – это также наличие свободных электронов.
свободный электрон
притяжение притяжение
ион ион
т.к. таких связей много, то и усилие для их разрыва необходимо большое: такая связь называется металлической.
Классификация металлов (по а.П. Гуляеву)
1. Черные металлы (95%) - (цвет темно-серый, высокая плотность, большая прочность, высокая температура плавления, низкая пластичность, часть металлов имеет аллотропию)
1.1 Железные (ферромагнетики): ферро-железо по таблице Менделеева:
Fe, Co, Ni
Tпл. (Fe) = 1539°C
(Fe) = 7,8 т/м³
1.2 Тугоплавкие (tпл.>tпл.(Fe)
Ti (1723°C);
Ta (2850°C);
W (3380°C);
Cr (1850°C) - tпл
Mo (2680)°C
1.3 Урановые U (уран), Th (торий), Pu (плутоний) и т.д.(14 элементов)
1.4 Редкоземельные (14 элементов): Ce (церий), Nd (неодин), Cd (кадмий).
1.5 Щелочноземельные (10 элементов): Na, K, Ba, Cs (цезий).
2. Цветные металлы (имеют низкую прочность, но высокую пластичность, низкая tпл., не имеют аллотропию)
2.1 Легкие: Mg ( =1,74 т/м³), Be (бериллий, = 1,85 т/м³), Al ( = 2,7 т/м)³
2.2 Легкоплавкие: Hg (tпл = -39°C), Ga (галлий) (tпл = 29,7°C), In (индий - 156°C), Sn - (232°C), Pb - (327°C), Zn - (418°C)
2.3 Благородные (высокая коррозионная стойкость): Ag, Au, Pt, Ir, Rh, Pd, Os - ( = 22,5 т/м³).