1. Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

Температуры плавления металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые «нормальные» металлы, например олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом являетсялитий(плотность 0.53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотностиосмияииридия— двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомовметаллов без разрывасвязимежду ними. Самыми пластичными являются золото, серебро имедь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0.003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока изцинкаилиоловахрустит при сгибании;марганецивисмутпридеформациивообще почти не сгибаются, а сразуломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистыйхромвесьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым.

Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижныхэлектронов, перемещающихся под действиемэлектрического поля. Серебро, медь иалюминийимеют наибольшуюэлектропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала дляпроводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Высокая теплопроводностьметаллов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Гладкая поверхность металлов отражает большой процент света— это явление называется металлическим блеском. Однако в порошкообразном состоянии большинство металлов теряют свой блеск; алюминий имагний, тем не менее, сохраняют свой блеск и в порошке. Наиболее хорошо отражают свет алюминий, серебро ипалладий— из этих металлов изготовляютзеркала. Для изготовления зеркал иногда применяется иродий, несмотря на его исключительно высокую цену: благодаря значительно большей, чем у серебра или даже палладия, твёрдости и химической стойкости, родиевый слой может быть значительно тоньше, чем серебряный.

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезийсоответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Физические свойстваДля металлов наиболее характерны следующие свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества. Для всех металлов характерна металлическая кристаллическая решетка: в ее узлах находятся положительно заряженные ионы, а между ними свободно перемещаются электроны. Наличие последних объясняет высокую электропроводность и теплопроводность, а также способность поддаваться механической обработке. Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов:

Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg

Все металлы делятся на две большие группы:

Черные металлы

Имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления и относительно высокую твердость. Типичным представителем черных металлов является железо.

Цветные металлы

Имеют характерную окраску: красную, желтую, белую; обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления. Типичным представителем цветных металлов является медь. В зависимости от своей плотности металлы делятся на:

Легкие(плотность не более 5 г/см )

К легким металлам относятся: литий , натрий , калий , магний , кальций , цезий , алюминий , барий. Самый легкий металл — литий 1л, плотность 0.534 г/см3.

Тяжелые(плотность больше 5 г/см3).

К тяжелым металлам относятся: цинк , медь , железо , олово , свинец , серебро , золото , ртуть и др. Самый тяжелый металл — осмий , плотность 22,5 г/см3. Металлы различаются по своей твердости: — мягкие: режутся даже ножом (натрий , калий , индий ); — твердые: металлы сравниваются по твердости с алмазом, твердость которого равна 10. Хром — самый твердый металл, режет стекло. В зависимости от температуры плавления металлы условно делятся на: 1. Легкоплавкие (температура плавления до 1539°С). К легкоплавким металлам относятся: ртуть — температура плавления —38,9°С; галлий — температура плавления 29,78°С; цезий — температура плавления 28,5°С; и другие металлы. 2. Тугоплавкие (температура плавления выше 1539 С). К тугоплавким металлам относятся: хром — температура плавления 1890°С; молибден — температура плавления 2620°С; ванадий — температура плавления 1900°С; тантал — температура плавления 3015°С; и многие другие металлы. Самый тугоплавкий металл вольфрам — температура плавления 3420°С.

2. Дайте определение ползучести и её техсвойствам. Ползучесть материалов(последействие) — изменение с течением временидеформациитвёрдоготелапод воздействием постоянной нагрузки или механическогонапряжения.Ползучестив той или иной мере подвержены всетвёрдые тела— каккристаллические, так иаморфные.

1. [Править] История

Явление ползучестибыло замечено К. Навье (1826), Г. Кориолисом (1830 г.), но впервые количественно изучено Л. Вика (1834 г.). Систематические исследованияползучестиметалловисплавов,резин,стеколотносятся к началу XX века и особенно к 40-м годам, когда в связи с развитием техники столкнулись, например, сползучестьюдисков и лопаток паровых и газовых турбин, реактивных двигателей и ракет, в которых значительный нагрев сочетается с механическими нагрузками. Потребовались конструкционные материалы (жаропрочные сплавы), детали из которых выдерживали бы нагрузки длительное время при повышенных температурах. Долгое время считали, чтоползучестьможет происходить только при повышенныхтемпературах, однакоползучестьимеет место и при очень низких температурах, так, например, вкадмиизаметнаяползучестьнаблюдается при температуре −269 С°, а у железа — при −169 С°.

2. [Править] Причины и свойства

Ползучестьматериалов экспериментально изучают прежде всего при простых напряженных состояниях: одноосныхрастяжении,сжатии, а также чистом сдвиге. Условия проведения таких экспериментов определены ГОСТами.Ползучестьпри сложных напряженных состояниях изучают обычно на тонкостенных трубчатых образцах.

[Править] Кривая ползучести

Ползучестьописывается так называемой кривойползучести, которая представляет собой зависимость деформации от времени при постоянных температуре и приложенной нагрузке (или напряжении).

Её условно делят на три участка, или стадии:

• АВ — участок неустановившейся (или затухающей) ползучести(стадия I),

• BC — участок установившейся ползучести— деформации, идущей с постоянной скоростью (стадия II),

• CD — участок ускоренной ползучести(стадия III),

• E₀— деформация в момент приложения нагрузки (стадия IV),

• точка D — момент разрушения.

[Править] Стадии ползучести

Как общее время до разрушения, так и протяжённость каждой из стадий зависят от температуры и приложенной нагрузки. При температурах, составляющих 40 %-80 % температуры плавленияметалла (именно эти температуры представляют наибольший технический интерес), затуханиеползучестина первой её стадии является результатом деформационного упрочнения (наклёпа). Так какползучестьпроисходит при высокой температуре, то возможно такжеснятие наклёпа— так называемый возврат свойств материала. Когда скорости наклёпа и возврата становятся одинаковыми, наступает II стадияползучести. Переход в III стадию связан с накоплением повреждения материала (поры, микротрещины), образование которых начинается уже на I и II стадиях.

[Править] Ползучесть и пластичность

Описанные кривыеползучестиимеют одинаковый вид для широкого круга материалов — металлов и сплавов,ионных кристаллов,полупроводников,полимеров,льдаи других твёрдых тел. Структурный же механизмползучести, то есть элементарные процессы, приводящие кползучести, зависит как от вида материала, так и от условий, в которых происходитползучесть. Физический механизмползучести, особенно при высоких температурах, имеет преимущественно диффузионную природу и тем отличается от механизма деформирования припластичности, которая связана с быстрым скольжением вдоль атомных плоскостей зёрен поликристалла (Ю.Н. Работнов. Механика деформируемого твёрдого тела). Всё многообразие элементарных процессов необратимой пластической деформации, приводящих к ползучести, можно условно разделить на процессы, осуществляемые движением дислокаций (дефектов в кристалле), и процессы, обусловленные диффузией . Последние имеют место у аморфных тел при всех температурах их существования, а также у кристаллических тел, в частности у металлов и сплавов, при достаточно высоких температурах. При температурах, близких ктемпературам плавленияразличие между ползучестью и пластичностью становится менее выраженным[1]. При неизменной общей деформации напряжения в нагруженном теле с течением времени убывают вследствиеползучести, то есть происходитрелаксация напряжений.