3. Кристаллическое строение металлов.

Все вещества в твер­дом состоянии имеют кристаллическое или аморфное стро­ение. В кристаллическом веществе атомы расположены ге­ометрически правильно и на определенном расстоянии друг от друга, в аморфном же — беспорядочно. Всякое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном. В твердых телах атомы располагаются в определенном порядке, силы взаимного притяжения и отталкивания урав­новешены, и твердое тело сохраняет свою форму.

В жидкости частицы (атомы, молекулы) сохраняют лишь так называемый «ближний» порядок, т.е. в пространстве за­кономерно расположено небольшое количество атомов, а не атомы всего объема, как в твердом теле. Ближний поря­док неустойчив: он то возникает, то исчезает под действием тепловых колебаний. Таким образом, жидкое состояние — как бы промежуточное между твердым и газообразным; при соответствующих условиях возможен непосредствен­ный переход из твердого состояния в газообразное без рас­плавления (сублимация).

Кристаллические решетки металлов. При переходе из жидкого состояния в твердое образуется кристаллическая решетка, возникают кристаллы. Этот своеобразно протека­ющий процесс называется кристаллизацией. Простейшим типом кристаллической ячейки является кубическая решетка. Здесь атомы «упакованы» недостаточ­но плотно. Некоторые металлы имеют тетрагональную ре­шетку. При этом каждый металл обладает определенной кристаллической решеткой, которая при изменении внеш­них условий (термическая обработка, литье и др.) может из­мениться — это явление называется полиморфизмом. Различие свойств называется анизотропией. Все кристал­лы анизотропны. Следует учесть, что каждой температуре кристаллизации (степени охлаждения) отвечает размер ус­тойчивого «зародыша»; более мелкие, если они и возника­ют, тут же растворяются в жидкости, а более крупные растут, превращаясь в кристаллы. Указанная особенность процес­сов кристаллизации имеет огромное практическое значение при получении качественного литья (слитков). Чем сильнее переохлаждение металла, тем больше в нем возникает центров кристаллизации и, следовательно, тем меньше будут размеры отдельных зерен затвердевшего ме­талла, т.е. при одной степени переохлаждения одного и того же металла получается мелкозернистая структура, а при другой — крупнозернистая. Структура же металла имеет ре­шающее влияние на его механические свойства. Чтобы получить на практике нужную степень переох­лаждения, помещают отливку расплавленного металла в хо­лодные или подогретые формы, регулируя таким образом скорость образования центров кристаллизации и скорость роста кристаллов. Обычно процессы зарождаются у стенок и на дне формы, в которую выливается расплавленный ме­талл.

4. Металлы черные.

Черные металлы — это промышленное название железа и его

сплавов. По масштабам производства и использования черные

металлы намного опережают все существующие металлы и сплавы.

Из них изготовляют более 90 % всех конструкционных и

инструментальных материалов. Основное отличие черных металлов

— это способность намагничиваться. В быту все сплавы наоснове железа — стали и чугуны — называют железными.

Железо (Fe) — металл серебристо-белого цвета, блестящий,

ковкий и пластичный. Плотность 7,87; температура плавления

1539 °С; твердость по Бринеллю 60 (по Моосу 5). На воздухе

окисляется — покрывается рыхлой ржавчиной.

В чистом виде в природе не встречается. Получают железо

из железных руд. Железо с примесями называют техническим.

Техническое железо содержит 99,8...99,9 % железа, остальное

примеси, в которых более десятка элементов. Железо в чистом

виде практического применения не имеет, используется только в

сплавах. Сплавы железа в зависимости от содержания углерода

называют сталью или чугуном.

Сталь — сплав железа с углеродом и другими элементами,

содержание углерода в котором менее 2 %. В зависимости от

состава стали обладают различными физико-химическими свойствами.

По с о с т а в у сталь разделяют на углеродистую и легированную

(содержающую и другие компоненты).

По к а ч е с т в у — на сталь обыкновенного качества, качественную,

повышенного качества и высококачественную.

По н а з н а ч е н и ю — на конструкционные, инструментальные

и специального назначения.

Основное количество оборудования, приспособлений и инструментов

ювелирного производства изготовлено с применением

конструкционных и инструментальных сталей.

Чугун — железный сплав, содержащий более 2 % углерода.

По составу чугуны делят на нелегированные и легированные

(содержащие хром, никель, марганец и другие легирующие элементы).

По структуре различают белый чугун (с белым изломом) и

серый чугун (с серым изломом).

Основная масса чугуна перерабатывается в сталь, остальная

используется по другим назначениям. Чугун используют для фа,-

сонного литья. Из него изготовляют станины станков, детали

двигателей внутреннего сгорания и других механизмов, работающих в условиях повышенного износа, и т. д. Широко применяется. как материал изделий прикладного искусства: ваз, скульптур, фонтанов, оград, ворот, решеток и т. д. В ювелирном производстве

из чугуна кроме станин станков изготовляют изложницы

(формы для отливки слитков).