Лабораторна робота №2 визначення металів за їх зовнішніми ознаками та деякими властивостями

Мета роботи: ознайомитися з найбільш поширеними металами та сплавами. Навчитися за зовнішніми ознаками та деякими властивостями визначати назву металу.

При виконанні роботи треба отримати такі знання та уміння:

Знання - характеристика поширених металів та їх сплавів (колір, густина, твердість, температура плавлення, теплопровідність, електропровідність, тощо).

Уміння - за зовнішніми ознаками визначати такі метали: сталь, чавун, мідь, алюміній, латунь, бронза, дюралюміній тощо.

Обладнання та матеріали: зразки різних металів та їх сплавів (колекція), твердоміри ТК-2 і ТШ-2, ваги електричні, штангенциркуль.

Короткі теоретичні відомості

До металів відносяться особливі речовини, які проявляють такі властивості: підлягають пластичній деформації і не руйнуються, проводять електричний струм, мають виражену температуру плавлення тощо. Метали мають малу твердість та міцність. При чому чим чистіше метал, тим гірші в нього механічні властивості. Тому в техніці метали використовуються рідко, тільки там, де потрібні хороші фізичні властивості (теплопровідність, електропровідність тощо). Переважна більшість деталей виготовляється з сплавів, їх отримують частіше всього методом розплаву. Розплавляють елементи, змішують в певних пропорціях і охолоджують.

На практиці важливо вміти розрізняти метали і сплави по зовнішнім ознакам та деяким властивостям. Досвідчені спеціалісти безпомилково можуть визначити тип металу чи славу.

При підготовці до роботи, користуючись довідниковою літературою, заповніть таблицю 2.1 даними про такі метали: сталь чавун, мідь, латунь, бронза, алюміній, дюралюміній, цинк, олово, бабіт.

Таблиця 2.1

Метал чи сплав	Колір	Основні компоненти	Густина	Твердість	Взаємодія з агресивним середовищем

Питання для самоконтролю

1. Як визначити хімічний склад металу ?

2. Як визначити будову металу (макро-, мікро- та тонку структуру)?

Література

1. Алаи С.И. Технология конструкционных материалов. -М: Просвещение, 1986. -303 С.

2. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1987. - 541 С.

3. Бушок Г.В. Курс фізики, II ч. - К.: Вища школа, 1972.-235 С.

4. Справочник по практическому металловедению. - К.: Техника, 1984.-134 С.

5. Довідники з машинобудування та фізики.

Завдання до роботи

1. Встановити вид металу зразків, запропонованих викладачем.

2. Скласти звіт про роботу. Відомості про зразки занести в таку таблицю.

Таблиця 2.2

№ зразка	Колір	Густина	Твердість	Приблизний склад	Назва металу чи сплаву

Додаток для самостійної роботи

Визначення густини металу

Одним з методів попередньої оцінки якості матеріалів є вимірювання густини, яка знаходиться як відношення маси матеріалу m до його об’єму V (г/см³ або кг/дм³)

ρ = m / V.

Відносна густина є відношенням реальної густини до густини еталонної речовини. Найбільш чутливими з методів визначення густини твердих тіл є пікнометричний, флотаційний, гідростатичний й рентгенівський. Пікнометричний метод заключається у визначенні маси і об’єму рідини, яка витісняється з спеціальної посудини (пікнометру), у яку занурюється дослідний зразок. Спочатку дослідний зразок зважують у повітрі. Потім у ретельно вимитий і висушений пікнометр заливають вище мітки допоміжну рідину, нагрівають до кипіння для видалення газів і витримують в термостаті до необхідної температури (зазвичай 20 ºС). Від точності підтримки температури залежить похибка визначення густини.

Густина зразку для температури t:

,

де ρ_t – густина допоміжної рідини при температурі t;

σ – густина повітря;

m – маса зразку у повітрі;

m₂ – маса пікнометра зі зразком, який занурюється у допоміжну рідину;

m₁ – маса пікнометра з допоміжною рідиною.

Точність визначення пікнометричним методом досягає 5-10^-5 г/см³.

При флотаційному методі підбирається рідина близькою до густини зразка, якій розміщений в ній. Густина і коефіцієнт об’ємного розширення рідини повинні бути відомі з достатньою точністю. Метод використовується для невеликих зразків легких металів (ρ=2…3 г/см³). Для цього методу створені спеціальні установки – градієнтні колони, в яких можна створити стабільний по висоті градієнт густини. В такій колоні мірою густини матеріалу є висота на якій він плаває в рідині. Точність вимірювання флотаційним методом дорівнює 5· 10^-6 г/см³.

Для визначення густини твердого тіла гідростатичним методом треба послідовно зважити це тіло в повітрі і в допоміжній рідині. Густина визначається за формулою:

,

де m₂ – маса зразку в рідині при температурі t ;

m₁ – маса зразку у повітрі.

В дослідах зручно використовувати гідростатичні терези Мора.

Відносна зміна густини, викликана наявністю надлишкових вакансій, вимагає чутливості вимірювання більше 1·10^–4. Підвищення чутливості може бути досягнуто при одночасному зважуванні дуже близьких по масі і розмірам зразка та еталону з одного і того ж матеріалу (диференційний метод гідростатичного зважування). Зміна густини зразка:

,

де – різниця мас зразка та еталону;

m– маса зразка,;

ρ – абсолютна густина зразка;

ρ_р – густина рідини.

Іноді обраховують відносну зміну густини.

.

Точність визначення густини залежить від точності визначення маси зразка в рідині. Бажано, щоб густина рідини була близька до густини досліджуваного зразка. У рідині повинні бути можливо малий коефіцієнт об’ємного розширення, достатньо низька температура затвердіння і висока температура кипіння, малий поверхневий натяг, хороша змочуємість матеріалу підвіски. Діаметр нитки повинен бути постійним по всій довжині. Перед зважуванням нитку слід ретельно очистити.

Рентгенівський метод дозволяє отримати уявлення про густину елементарної комірки кристалічної структури. Метод базується на визначенні кристалічної густини матеріалу ρ по його атомній масі А, об’єму елементарної комірки V і числу розміщених в ній атомів

ρ = n·A/N·V,

де N – число Авогадро.

Об’єм комірки вираховують по її виміряним параметрам, а число атомів визначається типом кристалічної решітки. Для багатьох досліджуваних матеріалів значення А відоме з достатньою точністю. Точність визначення густини рентгенівським методом вище точності інших методів в наслідок наявності в реальному кристалічному матеріалі пор та інших макро- і мікро-дефектів, які понижують густину.