1.Общие сведения о металлах

Главным физическим критерием металлического состояния является изменение электросопротивления у металлов в зависимости от его температурного состояния. Свойствами металлов являются также высокая прочность, пластичность и ковкость, непрозрачность и металлический блеск. Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких различно ориентированных один по отношению к другому кристаллов.

Все металлы разделяются на две большие группы- черные и цветные металлы.

Черные металлы имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления, относительно высокую твердость и подразделяются следующим образом:

а) железные металлы - железо, кобальт, никель, марганец;

б) тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем у железа (т.е. выше 1539^оС);

Цветные металлы подразделяются на:

а) легкие металлы -бериллий, магний, алюминий, обладающие малой плотностью;

б) благородные металлы- серебро, золото, металлы платиновой группы ;

в) легкоплавкие металлы - цинк, кадмий, ртуть, олово, свинец и некоторые другие.

Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами относится к группе черных металлов.

В технике железо применяется в виде сплавов.

Сплавом называется вещество, полученное переплавлением двух или более элементов и представляют собой как механическую смесь компонентов, так и химическое соединение.

Механическая связь двух компонентов А и Б образуется тогда, когда они не способны к взаимному растворению в твердом состоянии.

При этих условиях сплав будет состоять из кристаллов А и Б (рисунок 1), выявляемых при исследовании под микроскопом полированных и протравленных в специальных травителях шлифов. В качестве примера можно привести наличие свободно выделившегося углерода (А) в сплошной матрице железа (В).

 

 

Рисунок 1 – Сплав под микроскопом

 

Химическое соединениеобразуется при взаимном растворении одного элемента в другом при высоких температурах с последующим получением твердых растворов.

Твердые растворы являются однофазными, состоящими из одного вида кристаллов, имеют одну кристаллическую решетку, в отличие от химического соединения твердый раствор существует не при определенном состоянии компонентов, а в интервале концентраций.

Элементом, оказывающим наибольшее влияние на свойства черных металлов, является углерод и в зависимости от его содержания образуется сталь или чугун. Чугуном называется сплав, содержащий более 2,14% углерода, сталью-2,14% и менее. Если в стали содержится 0,6-2,14% углерода, то ее называют высокоуглеродистой, при содержании ≤ 0,25%-низкоуглеродистой. Помимо углерода в стали в небольшом количестве содержится марганец, кремний, фосфор и сера.

Легированная сталь может содержать кроме названных и другие элементы.

2.Классификация металлов.

Металлы делятся на две группы:

• Черные – металлы, которые имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочноземельных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость и во многих случаях обладают полиморфизмом. Наиболее типичным металлом этой группы является железо.

• Цветные – металлы, которые чаще всего имеют характерную окраску: красную, желтую, белую. Обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления, для них характерно отсутствие полиморфизма. Наиболее типичным металлом этой группы является медь.

Черные металлы в свою очередь можно подразделить следующим образом:

Железные металлы – железо, кобальт, никель (так называемые ферромагнетики) и близкий к ним по свойствам марганец. Кобальт, никель и марганец часто применяют как добавки к сплавам железа, а также в качестве основы для соответствующих сплавов, похожих по своим свойствам на высоколегированные стали.

Тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем железа (т.е. 1539 °С). Применяют как добавки к легированным сталям, а также в качестве основы для соответствующих сплавов.

Урановые металлы – актиниды, имеющие преимущественное применение в сплавах для атомной энергетики.

Цветные металлы по разным признакам делятся на подгруппы:

Легкие металлы, имеющие плотность до 5000 кг/м³ (литий, натрий, магний, калий, алюминий и др.).

Тяжелые металлы, имеющие плотность более 5000 кг/м³ (цинк, медь, олово, свинец, серебро, золото и др.).

Легкоплавкие металлы – цинк, кадмий, ртуть, олово, свинец, висмут, таллий, сурьма и элементы с ослабленными металлическими свойствами – галлий, германий.

Тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем у железа (ниобий, молибден, вольфрам и др.).