Отличительные признаки металлов от сплавов

Металлические изделия и детали используются в разных сферах промышленности. Существует множество видов металлов и каждый из них обладает сильными и слабыми сторонами. При изготовлении деталей для машин, самолётов или промышленного оборудования мастера обращают внимание на характеристики материала. Поэтому требуется знать свойства металлов и сплавов.

Свойства металлов и сплавов

У металлов есть признаки, которые их характеризуют:

1. Высокие показатели теплопроводности. Металлические материалы хорошо проводят электричество.
2. Блеск на изломе.
3. Ковкость.
4. Кристаллическая структура.

Не все материалы прочные и обладают высокими показателя износоустойчивости. Это же касается плавления при высоких температурах.

Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.

Черные

Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:

1. Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
2. Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
3. Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.

Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.

Цветные

Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:

1. Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
2. Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
3. Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.

Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.

Основные виды сплавов

Человечество знакомо с различными металлическими сплавами. Самыми многочисленными из них являются соединения на основе железа. К ним относятся ферриты, стали и чугун. Ферриты имеют магнитные свойства, в чугуне содержится более 2,4% углерода, а сталь — это материал с высокой прочность и твердостью.

Отдельное внимания требуют металлические сплавы из цветных металлов.

Производство стали

Цинковые сплавы

Соединения металлов, которые плавятся при низких температурах. Смеси на основе цинка устойчивы к воздействию коррозийных процессов. Легко обрабатываются.

Алюминиевые сплавы

Популярность алюминий и сплавы на его основе получили во второй половине 20 века. Этот материал обладает такими преимуществами:

1. Устойчивость к низким температурам.
2. Электропроводность.
3. Малый вес заготовок в сравнении с другими металлами.
4. Износоустойчивость.

Однако нельзя забывать про то, что алюминий плавится при низких температурах. При температуре около 200 градусов характеристики ухудшаются.

Алюминий применяется при изготовлении комплектующих к машинам, производстве деталей для самолётов, составляющих промышленного оборудования, посуды, инструментов. Не многие знают, что алюминий популярен в сфере производства оружия. Связано это с тем, что детали из алюминия не искрят при сильном трении.

Чтобы увеличить прочность детали, алюминий смешивают с медью. Чтобы заготовка выдерживала давление — с марганцем. Кремний добавляют, чтобы получить обычную отливку.

Медные сплавы

Сплавы на основе меди — марки латуни. Из этого материала изготавливаются детали высокой точности, так как латунь легко обрабатывать. В составе сплава может содержаться до 45% цинка.

Свойства сплавов

Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.

Двигатель внутреннего сгорания

Физические свойства

Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:

1. Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
2. Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
3. Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
4. Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
5. Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
6. Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.

Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.

Химические свойства

Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:

1. Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
2. Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
3. Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.

Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.

Механические свойства

Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:

• прочность;
• твердость;
• пластичность;
• вязкость;
• хрупкость;
• устойчивость к механическим нагрузкам.

Технологические свойства

Технологические свойства определяют способность металла или сплава изменяться при обработке:

1. Ковкость. Обработка заготовки давлением. Материал не разрушается. Структура изменяется.
2. Свариваемость. Восприимчивость детали к работе сварочным оборудованием.
3. Усадка. Происходит этот процесс при охлаждении заготовки после её разогрева.
4. Обработка режущим инструментом.
5. Ликвация (затвердевание жидкого металла при понижении температуры).

Основной способ обработки металлических деталей — нагревание.

Свойства металлов и сплавов отвечают за то, как себя будет вести готовое изделие при эксплуатации. При обработке материалов также важно знать его характеристики.

( 3 оценки, среднее 3.67 из 5 )

Основные сведения о металах

• Лекция
  1
• (Домашнее
  задание: выполнить конспект лекции)
• Общие
  сведения о металлах и их сплавах

В
настоящее время известно 107 химических элементов, которые делятся на две
основные группы: металлы и неметаллы (метал­лоиды).

Большинство элементов (83)
— металлы, отличитель­ными признаками которых являются непрозрачность, специфи­ческий
блеск, высокая теплопроводность и электропроводность, ковкость и др. При
обычной температуре все металлы, кроме ртути, находятся в твердом состоянии.

Металлоиды не имеют таких свойств.

В
настоящее время выплавляют около 75 металлов и огром­ное количество сплавов.

Внутреннее
строение металлов и их сплавов

Все вещества состоят из
атомов, а атом — из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него
отрицательно заряженных электронов (рис. 1). В ядре находятся положи­тельно
заряженные частицы — протоны. Количество протонов при обычном состоянии атома
равно количеству электронов, т. е. атом электрически нейтрален.

Число
электронов, обозна­ченное порядковым номером в периодической системе элементов
Д. И. Менделеева, для каждого элемента различно. Атом при определенных условиях
может терять и приобретать электроны. Если электронов станет больше, чем
протонов, то он будет за­ряжен отрицательно, а если меньше, то положительно.

Такой
электрически заряженный атом называется попом.

Электроны
вращаются вокруг ядра по орбитам, число кото­рых определяется номером периода
элемента в периодической, системе.

У
металлов на внешней орбите находятся один, два или три электрона, слабо связанных
с ядром, поэтому под воздействием положительно заряженных атомов они могут
отрываться от своего атома, превращая его в положительно заряженный ион.
Электроны, свободно переходящие от одного атома к другому, называются
свободными.

Атомы
металлоидов при определенных условиях стремятся заполнить внешнюю оболочку, т.
е. присоединить электроны и превратиться в отрицательно заряженные ноны.

ОСНОВНЫЕ
СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ

Используемые
в технике металлические материалы разделяют на простые и сложные металлы
(сплавы).

Простые
металлы состоят из одного основного элемен­та и незначительного количества
примесей других элемен­тов. Например, технически чистая медь содержит от 0,1 до
1 % примесей свинца, висмута, сурьмы и других эле­ментов.

Сплавы
— это сложные металлы, представляющие со­четание какого-либо
простого металла (основы сплава) с другими металлами или неметаллами. Например,
ла­тунь — сплав меди с цинком. Здесь основу сплава состав­ляет медь.

Химический
элемент, входящий в состав металла или сплава, называется компонентом. По
числу компонентов сплавы делятся на двухкомпонентные (двойные),
трех-компонентные (тройные) и т. д.

Большинство
сплавов получают сплавлением компо­нентов в жидком состоянии.

Сплавы
превосходят простые металлы по прочности, твердости, обрабатываемости и т. д.
Вот почему они применяются в технике значительно шире простых метал­лов.
Например, железо — мягкий металл, почти не при­меняющийся в чистом виде. Зато
самое широкое приме­нение в технике имеют сплавы железа с углеродом — ста­ли и
чугуны.

Все
применяемые в технике металлы и сплавы делят ся на черные и цветные.

К
черным металлам относятся железо и его сплавь (сталь и
чугун). Все остальные металлы и сплавы состав представляют группу цветных
металлов.

Наибольшее
распространение в технике получили черные металлы. Это обусловлено большими
запасами железных руд в земной коре, сравнительной простотой технологии
выплавки черных металлов, их высокой прочностью.

Цветные
металлы применяются в технике реже, чем черные. Это объясняется
незначительным содержанием многих цветных металлов в земной коре, сложностью
процесса их выплавки из руд, недостаточной проч­ностью. Цветные металлы дороже
черных. Во всех слу­чаях, когда это возможно, их заменяют черными метал­лами,
пластмассами и другими материалами.

Из
большого числа цветных металлов и сплавов в сельскохозяйственной технике
наибольшее распростра­нение получили сплавы алюминия, меди, а также под­шипниковые
сплавы.

Все
металлы и сплавы в твердом состоянии имеют

 кристаллическое
строение, т. е. их атомы (ионы) распо­ложены в строго определенном порядке.
Этим кристалли­ческие тела отличаются от аморфных тел, у которых атомы
 расположены хаотично. Аморфными телами являются стекло, клей, воск и др.

Если атомы металла мысленно соединить прямыми
линиями, то получится правильная геометрическая систе­ма, называемая пространственной
кристаллической ре­шеткой.

Из
 кристаллической решетки можно выделить элементарную
кристаллическую ячейку, представляющую
комплекс атомов, повторением которого в трех измерениях можно построить всю
решетку. Наибо­лее распространены три типа элементарных кристалли­ческих ячеек
металлов (рис.

1): кубическая объемно-центрированная (такую решетку имеют хром, вольфрам, молибден и др.), кубическая
гранецентрированная (алю­миний, медь, свинец
и др.) и гексагональная (цинк, маг­ний
и др.).

В
узлах кристаллических решеток металлов располо­жены положительно заряженные
ионы, удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга свободными
электронами. Такое внутреннее строение обусловливает характерные признаки
металлов, такие, как высокая элек­тро- и теплопроводность, пластичность
(ковкость) и др.

Свойства
металлов и сплавов зависят от природы их атомов, типа кристаллической решетки и
от расстояния между атомами в решетке.

Все
свойства металлов делятся на физические, хими­ческие, механические и
технологические.

Физические
свойства металлов и сплавов определя­ются цветом, плотностью, температурой
плавления, теп­ловым расширением, тепло- и электропроводностью, а также
магнитными свойствами (табл. 1).

Плотность металла — величина,
определяемая отно­шением массы металла к занимаемому им объему. Она измеряется
в кг/м3.

Для снижения массы изделия необ­ходимо использовать
материалы с небольшой плотностью (сплавы магния, алюминия и титана).

Температура
плавления — температура, при которой металл переходит из твердого состояния
в жидкое. Знание температуры плавления металлов и сплавов необхо­димо в
металлургии, в литейном производстве, при горя­чей обработке металлов
давлением, при сварке, пайке и других процессах, сопровождающихся нагреванием
ме­таллических
материалов.                   

Тепловое расширение — изменение линейных
разме­ров иобъема металлического
материала при нагревани.

Неодинаковость величины теплового линейного расшире­ния
материалов характеризуется коэффициентом линей­ного расширения а, который
показывает, на какую долю первоначальной длины при 0 °С удлинилось тело вслед­ствие
нагревания его на 1 °С.

Тепловое расширение металлов необходимо учитывать при
изготовлении и эксплуатации точных, сложностью приборов и инструментов,
изготовлении литейных форм, Прокладке железнодорожных рельс и т. д.

Теплопроводность
— способность металлов передавать' Теплоту от более нагретых
частей тела к менее нагретым. Среди металлических материалов лучшей теплопровод­ностью
обладают серебро, медь, алюминий.

Электропроводность
— способность металлов прово­пить электрический ток. Она
оценивается на практике Величиной удельного электросопротивления р. Чем мень­ше
электросопротивление, тем более электропроводен металлический материал. Высокой
электропроводностью Обладают те металлы, которые хорошо проводят электри­ческий
ток (серебро, медь, алюминий). 

Способность
металлов намагничиваться под действием магнитного поля/называют магнитной
проницаемостью. Сильно выраженными магнитными свойствами обладают железо,
никель, кобальт и их сплавы. Эти металлы назы­вают ферромагнитными

1. Механическими
   свойствамиметаллов называется со­вокупность свойств, характеризующих
   способность ме­таллических материалов сопротивляться воздействию внешних усилий
   (нагрузок).
2. К
   механическим свойствам металлов. относятся:
3. прочность
   — способность материала сопротивляться действий внешних сил без разрушения; упругость
   — способность материала восстанавливать свою первоначальную форму и размеры
   после прекраще­ния действия внешних сил, вызвавших деформацию;
4. пластичность
   — способность материала изменять свою форму и размеры под
   действием внешних сил, не разру­шаясь, и сохранять полученные деформации после
   пре­кращения действия внешних сил;
5. твердость
   — способность материала оказывать сопротивление проникновению в
   него другого, более твердого тела; 
6. вязкость
   — способность, металлических материалов оказывать сопротивление
   быстро возрастающим (ударным) нагрузкам; хрупкость — свойство, обратное вязко­сти;

1 ползучесть
— свойство металлических материалов медленно и непрерывно пластически
деформироваться при длительной нагрузке и высоких температурах; усталость —
процесс постепенного накопления повреждений материала под действием
повторно-переменных напряжений, приводящих к уменьшению долговечности,
образованию трещин и разрушению. Способность метал­лических материалов
противостоять усталости называет­ся выносливостью.

• Механические
  свойства являются основной характери­стикой металлов и сплавов, поэтому на
  заводах созданы специальные лаборатории, где производятся различные испытания с
  целью определения этих свойств.
• Механические
  испытания можно разделить на:
• статические,
  при которых нагрузка, действующая на металлический образец или
  деталь, остается постоянной или возрастает крайне медленно;
• динамические
  (ударные), при которых нагрузка воз­растает быстро и действует в
  течение незначительного времени;
• испытание
  при повторных или знакопеременных на­грузках —
  нагрузках, изменяющихся многократно по ве­личине или по величине и направлению.
• Рассмотрим
  основные виды испытаний металлов с целью определения их механических свойств.

Технологические
свойства характеризуют способность металлов поддаваться различным видам
технологической обработки для получения определенной формы, размеров и свойств:
Они имеют большое значение при выборе металлических материалов для изготовления
деталей ма­шин и конструкций. Из технологических свойств наиболь­шее значение
имеют обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, прокаливаемость,
литейные свойства.

Обрабатываемостью
резанием называется способность металлов
подвергаться обработке режущими инструмен­тами для придания деталям
определенной формы, разме­ров (с необходимой точностью) и чистоты поверхности.

 Обрабатываемость резанием определяется по скорости резания, усилию
резания и по шероховатости обрабатываемой поверхности. При разных методах
обработки (то­чении, сверлении, фрезеровании и т. д.

) обрабатывае­мость одного
и того же металла может быть различной.

Свариваемостью
называется свойство металла или сплава образовывать при
установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям,
обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Свариваемость углеродистых
сталей ухудшается с по-вышением содержания в них углерода. Ковкостью называется
способность металла без раз­рушения поддаваться обработке давлением (ковке,
штам­повке, прокатке и т. д.). Ковкость металла зависит от его пластичности.

Чем металл более пластичен, тем лучше он поддается обработке давлением.

Металлы
обладают ковкостью как в холодном, так и в нагретом состоянии. В холодном
состоянии хорошо ку­ются латуни и сплавы алюминия, сталь — в нагретом •
состоянии. Чугун из-за повышенной хрупкости обработке давлением не
подвергается.

Прокаливаемость—
способность стали воспринимать закалку на определенную глубину от поверхности.
Про­каливаемость стали определяется по виду излома, по измерению твердости в
различных точках сечения образ­ца, а также методом торцовой закалки.

 Литейные
свойства металлов определяются жидкоте-кучестью, усадкой и склонностью к
ликвации.

Жидкоте кучесть — это способность расплавленного металла за­полнять
форму и давать плотные отливки с точной конфи­гурацией.

Усадка —
сокращение объема расплавленного металла при затвердении и последующем
охлаждении. Ликвация — неоднородность химического состава твердо­го
металла в разных частях отливки. .

При
выборе литейных материалов учитывают, что чу­гун обладает высокими литейными
свойствами: хорошей жидкотекучестью, небольшой усадкой и незначительной
склонностью к ликвации. Литейные свойства стали хуже, чем чугуна.

Общие сведения о металлах и сплавах

Металлы — кристаллические вещества, характеризующиеся высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфическими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с атомами электроны, которые могут свободно перемещаться.

В технике обычно применяют не чистые металлы, а сплавы, что связано с трудностью получения чистых веществ, а также с необходимостью придания металлам требуемых свойств.

Сплавы — это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов. В строительстве применяют сплавы железа с углеродом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь) и др. На практике термин «металлы» распространяют и на сплавы, поэтому далее он относится и к металлическим сплавам.

Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные.

К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (чугун и сталь).

Сталь — сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. По химическому составу различают стали углеродистые и легированные, а по назначению — конструкционные, инструментальные и специальные.

Чугун — сплав железа с углеродом (более 2,14%), некоторым количеством марганца (до 2%), кремния (до 5%), а иногда и других элементов. В зависимости от строения и состава чугун бывает белый, серый и ковкий.

К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана и др.

Широкое использование металлов в строительстве и других отраслях экономики объясняется сочетанием у них высоких физико-механических свойств с технологичностью.

Металлы обладают высокой прочностью, причем прочность на изгиб и растяжение у них практически такая же, как и на сжатие (у каменных материалов прочность на изгиб и растяжение в 10… 15 раз ниже прочности на сжатие).

Так, прочность стали более чем в 10 раз превышает прочность бетона на сжатие и в 100…200 раз прочность на изгиб и растяжение; поэтому, несмотря на то что плотность стали (7850 кг/м ) в 3 раза выше плотности конструкционного бетона (2400 + 50 кг/м ), металлические конструкции при той же несущей способности значительно легче и компактнее бетонных.

Этому способствует также высокий модуль упругости стали (в 10 раз выше, чем у бетона и других каменных материалов). Еще более эффективны конструкции из легких сплавов.

Металлы очень технологичны: во-первых, изделия из них можно получать различными индустриальными методами (прокатом, волочением, штамповкой и т. п.), во-вторых, металлические изделия и конструкции легко соединяются друг с другом с помощью болтов, заклепок и сварки.

Однако с точки зрения строителя металлы имеют и недостатки. Высокая теплопроводность металлов требует устройства тепловой изоляции металлоконструкций зданий. Хотя металлы негорючи, но металлические конструкции зданий необходимо специально защищать от действия огня.

Это объясняется тем, что при нагревании прочность металлов резко снижается и металлоконструкции теряют устойчивость и деформируются. Большой ущерб экономике наносит коррозия металлов.

Металлы широко применяют в других отраслях промышленности, поэтому их использование в строительстве должно быть обосновано экономически.

• —-
• Наука, изучающая состав, строение и свойства металлов и сплавов, а также зависимость между внутренним строением (структурой) и свойствами металлических сплавов называется металловедением.
• Отличительными особенностями металлов являются: блеск, ковкость, непрозрачность, теплопроводность и электропроводность.

Таким образом, под термином «металлы» понимают всю группу металлических материалов — чистые металлы и сплавы. Чистые металлы используют только в тех случаях, когда от материала требуются высокие показатели теплопроводности, электропроводности и высокая температура плавления. Эти свойства у них всегда выше, чем у сплавов.

1. Основными материалами при монтаже металлоконструкций, трубопроводов и оборудования являются сплавы, имеющие по сравнению с чистыми металлами следующие преимущества: – более высокую прочность; – способность изменять свойства при изменении химического состава; » – способность улучшать свойства под влиянием термической обработки; – более низкую температуру плавлеиия; – большую текучесть в расплавленном состоянии; – меньшую усадку.
2. Указанные свойства сплавов имеют большое практическое значение, так как позволяют получать всевозможные металлоконструкции с показателями, отвечающими требуемым эксплуатационным условиям.
3. Применяемые в строительстве сплавы делят на две группы: I группа — сплавы на основе железа (сталь, чугун);

II группа—сплавы на основе металлов (сплавы на медной, алюминиевой, магниевой и другой основе — бронза, латунь, силумины и др.).

К физическим свойствам металлов относятся: удельный вес, теплопроводность, электропроводность и температура плавления.

Удельный вес — это вес 1 см3 металла, сплава или любого другого вещества, выраженный в граммах. Например, удельный вес железа равен 7,88 г/см3. Удельные веса наиболее распространенных металлов приведены в табл. 1.

Теплопроводность — способность металлов и сплавов проводить тепло. Теплопроводность измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением 1 см2 за 1 мин.

Электропроводность — способность металлов и, сплавов проводить электричество. Это свойство наиболее характерно для чистых металлов. Для сплавов более характерным является свойство, обратное электропроводности — электросопротивление.

Удельным электрическим сопротивлением называется сопротивление проводника сечением 1 мм2 и длиной 1 м, выраженное в омах.

Температура плавления — степень нагрева, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое (табл. 1).

• К механическим свойствам металлов и сплавов относят: твердость, прочность, упругость, пластичность.
• Эти свойства обычно являются решающими показателями, определяющими способность металлов сопротивляться прилагаемым к детали, узлам и металлоконструкциям внешним нагрузкам, характеризующим пригодность сплава” или изделия к различным условиям эксплуатации.
• Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого, более твердого тела. ,
• Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.
• Упругость—способность металла принимать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки.
• Пластичность (вязкость) — способность металла изменять первоначальные формы и размеры под действием нагрузки и сохранять приданные формы и размеры после прекращения ее действия.
• К технологическим свойствам относят обрабатываемость резанием, ковкость, жидкотекучесть, усадку, свариваемость и другие свойства, определяющие пригодность материала к обработке тем или иным способом.
• Обрабатываемость резанием — способность металла более или менее легко обрабатываться острым режущим инструментом.
• Ковкость — способность металла поддаваться обработке давлением, принимать новую форму и размеры под влиянием прилагаемой нагрузки без нарушения целостности.
• Жидкотекучесть — способность расплавленного металла или сплава заполнять литейную форму.
• Усадка—уменьшение объема отливки при охлаждении сплава.
• Свариваемость — способность металлов образовывать прочные соединения отдельных металлических заготовок путем их местного нагрева до расплавленного или пластического состояния.

Химические свойства металлов — это способность металлов вступать в соединения с различными веществами, и в первую очередь с кислородом. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем легче он разрушается. Разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды называется коррозией.

Разница между металлом и сплавом

В ключевое отличие между металлом и сплавом заключается в том, что металл представляет собой чистое вещество, тогда как сплав представляет собой смесь двух или более компонентов.

Мы можем разделить все элементы на металлы и неметаллы на основе определенных характеристик. Металлы имеют блеск, и они хорошо проводят тепло и электричество. Когда мы полируем металлы, они также хорошо отражают свет.

Однако не только металлы, но и их твердые смеси, а именно сплавы, очень полезны для человечества. Для обычного человека нет разницы между металлом и сплавом, но между ними есть много различий, и мы выделим их в этой статье.

1. Обзор и основные отличия 2. Что такое металл 3. Что такое сплав 4. Параллельное сравнение — металл и сплав в табличной форме

5. Резюме

Что такое металл?

Металл — это материал, обладающий металлическими свойствами. Это означает, что металлы имеют блеск и хорошо проводят тепло и электричество. Кроме того, если мы полируем поверхность, они также будут хорошими отражателями света.

Кроме того, большинство металлов пластичны и пластичны. Более того, они более плотные, чем неметаллы. В большинстве случаев эти материалы имеют более высокие плотности и температуры плавления и кипения.

Ковкость и пластичность металлов позволяют им деформироваться под нагрузкой без раскалывания.

Кроме того, металл может иметь три основных кристаллических структуры;

1. Телоцентрированная кубическая структура
2. Гранецентрированная кубическая структура
3. Гексагональная плотноупакованная структура

Прежде всего, металлы склонны к образованию катионов. Они образуют катионы, теряя электроны со своих крайних атомных орбиталей. Следовательно, большинство металлов могут образовывать оксиды при реакции с кислородом в нормальном воздухе. Однако есть некоторые металлы, которые вообще не вступают в реакцию с воздухом из-за их высокой стабильности.

Что такое сплав?

Сплав — это вещество, состоящее из двух или более компонентов, смешанных с металлом. Следовательно, он также имеет металлические свойства. Кроме того, сплав может иметь фиксированный или переменный состав.

С учетом цели, мы делаем сплавы, чтобы улучшить существующие свойства металла или придать металлу новые свойства. В основном, цель производства сплавов — сделать их менее хрупкими, твердыми, устойчивыми к коррозии или иметь более желаемый цвет и блеск.

Более того, можно изменить свойства сплава в соответствии с требованиями, варьируя добавки или легирующие материалы.

Слово легирование стало обозначать процесс, который приводит к образованию сплавов. На протяжении веков люди использовали железо, считая его очень прочным. Но это было образование стали; его сплав, который дал миру один из самых прочных конструкционных материалов. Кроме того, существует два основных типа сплавов: сплавы замещения и сплавы внедрения.

Взглянем на пример стали; это сплав, состоящий в основном из железа и небольшого количества углерода, процентное содержание которого варьируется от 0,2% до 2% в зависимости от марки сплава. Мы знаем о прочности и долговечности стали, которая намного больше, чем железо, которое мягче стали.

Таким образом, очевидно, что путем легирования мы можем получить более качественные материалы и, что немаловажно, со свойствами, отличными от свойств ингредиентов сплава.

Кроме того, железо — это тот металл, который делает многие сплавы, помимо стали, с такими веществами, как марганец, хром, ванадий, вольфрам и т. Д.

Металл — это материал с металлическими свойствами, тогда как сплав — это вещество, состоящее из двух или более компонентов, смешанных с металлом. Следовательно, это основное различие между металлом и сплавом.

Более того, металлы являются чистыми веществами, если только они не вступают в реакцию с воздухом и водой, но сплав всегда представляет собой смесь двух или более компонентов. Следовательно, металл — это природное вещество, а сплав — это искусственное вещество.

Еще одно различие между металлом и сплавом заключается в том, что, в отличие от чистых металлов, сплав нелегко вступает в химические реакции с воздухом и водой, поэтому мы склонны использовать сплавы в автомобильных колесах, а не чистый металл.

Резюме — металл против сплава

Металлы — очень важные вещества, которые мы используем в повседневной жизни. Сплав — это подкатегория металла. Ключевое различие между металлом и сплавом заключается в том, что металл представляет собой чистое вещество, тогда как сплав представляет собой смесь двух или более компонентов.

6.1. ПОНЯТИЕ МЕТАЛЛОВ, СПЛАВОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ. КЛАССИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Металлы — простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: блеском и непрозрачностью (высоким коэффициентом отражения электромагнитных волн в видимой области спектра), высокой тепло- и электропроводностью, прочностью, твердостью, ковкостью, пластичностью, жаропрочностью и коррозийной стойкостью.

Большинство элементов Периодической системы Д.И. Менделеева, а именно 83 из 105, известных в настоящее время, — металлы.

Общепринятой всеобъемлющей схемы классификации металлов не существует. Имеются частные классификации в таких областях деятельности, как машиностроение, материаловедение.

Для диагностических исследований, проводимых в рамках криминалистической экспертизы металлов, сплавов и изделий из них, используются классификации, основанные на физических, химических свойствах металлов и степени их распространенности. По этим показателям металлы подразделяются на:

• • легкие — алюминий, магний, титан, бериллий, литий, натрий, калий, кальций, рубидий, цезий, стронций и барий;
• • тяжелые — медь, свинец, никель, кобальт, олово, цинк, кадмий, сурьма, висмут и ртуть;
• • тугоплавкие — вольфрам, молибден, ниобий, тантал, рений, ванадий, хром, цирконий и гафний;
• • благородные (драгоценные) — золото, серебро, платина, рутений, родий, палладий, осмий, иридий;
• • радиоактивные — франций, радий, уран, актиний и актиниды;
• • рассеянные — галлий, индий, таллий;
• • магнитные — железо, никель, кобальт;
• • редкоземельные — скандий, иттрий, лантан, и лантаниды (церий, празеодим, прометий, самарий, европий, гадольний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций).
• В промышленности металлы подразделяют на две основные группы: черные (на основе железа) и цветные (все остальные).

Металлы, которые производят и используют в ограниченном масштабе, называют редкими. К ним относят все рассеянные и редкоземельные металлы, большую часть тугоплавких, радиоактивные и некоторые легкие (бериллий, литий, рубидий и цезий).

1. Сплавами называются твердые кристаллические тела, получаемые при сплавлении металлов и металлов с неметаллами. По химическому составу первые подразделяются на сплавы следующих металлов:
2. • черных (чугун, сталь);
3. • цветных (алюминиевые — дюралюминий, силумин; медные — бронзы, латуни; свинцовые (баббиты, припой); магниевые, никелевые, титановые и пр.);

• драгоценных (золотые, серебряные, платиновые и др.).

Объектами исследования становятся и самые различные изделия из стали и других сплавов, их заготовки (самодельные и заводского изготовления ножи, финки, кинжалы, кортики, топорики, цепи, детали взрывных устройств, детали автотранспорта и других механизмов, металлические клише, замки, сейфы), изделия из драгоценных металлов (зубные коронки, кольца, украшения, знаки отличия, медали, монеты), проволока стальная и алюминиевая, провода медные и алюминиевые, изделия из цветных металлов бытового назначения (посуда, предметы одежды) и многие другие, а также их фрагменты.

Металл: что это такое, его физические свойства, из чего состоит

05Дек

Содержание статьи

Обнаружение общих физических и химических свойств металлов и сплавов привело к повсеместному использованию материала. Со временем ученые начали подробно изучать его характеристики, а также создавать различные методы металлообработки, которые увеличивают прочность, улучшают кристаллическую решетку.

На настоящий момент есть такие составы, которые используются при кораблестроении. Все больше сфер жизни не может обойтись без металлических элементов – от бытовой ложки или авторучки до сложных механических узлов и микросхем. Но обыватели часто не понимают, что за вещество мы используем, и какие особенности дают ему такую распространенность.

В статье мы подробно поговорим про это.

Что это такое – металл

Древнегреческое слово metallion как раз обозначает «выкапывать из земли» – добытое из горной руды. На настоящий момент известно 96 значений в чистом виде и неограниченное количество сплавов.

Все они отличаются от неметаллов повышенными прочностными качествами и проводимостью, поэтому из них делают провода.

На первый взгляд отличить металлический образец от каменного или иного можно по специфическому блеску.

Физические свойства

В условиях комнатной температуры и без применения давления все вещества обладают твердым состоянием. Но есть галлий, он уже при 30 градусах тепла начинает деформироваться, тает в руках. Можно отметить характеристики:

• Высокая пластичность. Хрупкие только марганец, олово и цинк.
• Могут быть легкие и тяжелые. Сравни алюминий с осмием.
• Температура плавления очень большая. Есть и исключения, например, ртуть, именно по этой причине ее используют в классических термометрах.
• Цвет – серый, серебристый, голубоватый. Редкими являются цветные изделия, например, желтые или красные.
• Увеличенная проводимость тепла и электричества, особенно у меди, поэтому имеют популярность медные провода.

Основные химические свойства металлов

В данной категории нет общих правил, так как все они разделяются на множество подгрупп по уровню активности – щелочные, актиноиды, полуметаллы и другие.

Многие взаимодействуют с водой, почти все – с кислородом (кроме золота и платины),происходит окисление. Процесс проходит в нормальных условиях, если в составе много щелчки, только при нагреве – если нет.

Также почти все элементы вступают в реакцию с серой и хлором.

Признаки

Перечислим черты, по которым обыватель может отличить вещества этой категории от неметаллов:

• Блеск.
• Хорошая проводимость тепла и электричества.
• Прочность.
• Подвергаются ковке и свариванию.
• Кристаллическое строение тела.
• Высокая температура плавления и кристаллизации.

Классификация и виды металлов

Есть чистые, однокомпонентные структуры и сплавы. Самым классическим примером можно назвать различные виды стали. Они различаются по ГОСТу в соответствии с добавлением легирующих добавок. Чем больше содержание углерода, тем крепче материал. Также есть общепринятое разграничение, ниже представим подтипы.

Черные

Их добывают из металлической руды. В производстве они занимают 90% от всего сырья. Обычно это чугуны и стали.

Для изменения характеристик добавляют большее или меньшее количество углерода и легирующие добавки: медь, кремний, хром, никель.

Одним из очень популярных подвидов является нержавейка, которая отличается своим блеском поверхности и уникальными свойствами – легкостью, высокой прочностью и устойчивостью к влажности, температурным перепадам.

Что относится к цветным металлам

Второе название – нежелезные, то есть сплавы не содержат в себе железа, а состоят из более дорогостоящих материалов. Вещества имеют различный цвет, отличаются уникальными качествами:

• долговечность;
• длительное сохранение свойств;
• образование оксидной пленки, которая препятствует коррозии.

Благодаря этому, определенные разновидности можно использовать в медицине, ювелирном деле, химической промышленности, при изготовлении электрических проводов. К цветмету относится алюминий, цинк, олово, свинец, никель, хром, серебро, золото и другие.

Медь и ее сплавы являются популярными металлами

Медная руда была обработана человеком одна из первой, потому что она подвергается холодному методу ковки и штамповки. Податливость привела к востребованности повсеместно. Кислород в составе приводит к красному отливу.

Но уменьшение валентности в различных соединениях приведет к желтому, зеленому, синему цвету. Привлекательным качеством считается отличная теплопроводность – на втором месте после серебра, поэтому она применяется для проводов.

Соединения могут быть:

• твердыми – в сочетании с железом, мышьяком, цинком, фосфором;
• с плохой растворимостью с висмутом, свинцом;
• хрупкими – с серой или кислородом.

К металлам относятся алюминий и сплавы

Al открыт в 1825 году и отличается легкостью и простотой в металлообработке. Производится из бокситов, при этом запасы этой горной породы практически неиссякаемы. Далее элемент соединяют в различных пропорциях с медью, марганцем, магнием, цинком, кремнием. Реже с титаном, литием, бериллием. Особенности в зависимости от добавок:

• хорошая свариваемость;
• устойчивость к коррозии;
• высокая усталостная прочность;
• пластичность.

Его применяют для изготовления ювелирных изделий, столовых приборов, а также для стекловарения, в пищевой и военной промышленности, для создания ракет и для производства водорода и тепла в алюмоэнергетике.

Все о металлах магний, титан и их сплавах

Mg – самое легкое вещество из этой группы. Не обладает прочностью, но есть достоинства, например, пластичность, химическая активность. Благодаря высокой конструкционной способности его добавляют в составы, чтобы увеличивать свариваемость, простоту металлообработки режущим ножом. Необходимо учитывать, что магний очень восприимчив к ржавлению.

Титан имеет похожие качества – легкость, пластичность, серебристый цвет. Но антикоррозийная пленка появляется при первом соприкосновении с кислородом. Отличительные особенности – низкая теплопроводность, электропроводность, отсутствие магнитизма.

Металл, содержащий титан, – это вещество, используемое для авиационной, химической, судостроительной промышленности.

Антифрикционные сплавы

Характерная особенность этой группы – удобство применения при механических воздействиях. Они практически не создают трения, а также снижают его у других композитов. Очень часто они выступают в качестве твердой смазки для узлов, например, для подшипников. В составе обычно бывает фторопласт, латунь, бронза, железографит и баббит.

Мягкие

Это те, у которых ослаблены металлические связи. По этой причине они имеют более низкую температуру плавления и кипения, просто деформируются.

Иногда можно одним нажатием пальца сделать вмятину, ногтем оставить царапину К ним относятся: медь, серебро, золото, бронза, свинец, алюминий, цезий, натрий, калий, рубидий и другие.

Одним из наиболее мягких является ртуть, она находится в природе в жидком состоянии.

Что значит твердый металл

В природе такая руда встречается крайне редко. Порода находится у упавших метеоритов. Один из наиболее популярных – хром. Он тугоплавкий и легко поддается металлообработке. Еще один элемент – вольфрам. Он очень плохо плавится, но при правильной обработке используется в осветительных приборах благодаря устойчивости к теплу и гибкости.

Металлические материалы в энергетике

Мы бы не имели такую развитую электросеть и массу приборов, потребляющих электричество, если бы ряд веществ не отличались наличием свободных электронов, положительных ионов и высокой проводимостью. Провода делают из свинца, меди и алюминия. Отлично бы подошло серебро, но его редкость влияет на стоимость, поэтому редко используется.

Особенности черных вторичных металлов

Это отходы, которые образуются в результате одного из этапа металлообработки – ковки, резки. Это могут быть обрезки или стружки. Они отправляются в сталеплавильные печи, но перед этим должны пройти проверки по ГОСТу. Лом называют чермет, его различают на стальной и чугунный по цене. Его использование очень востребовано вместо обработки руды.

Щелочноземельные сплавы

Это твердые вещества, которые имеют высокую химическую активность. В чистом виде встречаются очень редко, зато применяются в соединениях. Их значение нельзя переоценить с точки зрения анатомии человека и животного. Магний и кальций – необходимые микроэлементы.

Понятие щелочной металл

Они способны растворяться в воде, образуя щелочь. Из-за своей повышенной химической активности (вступление в реакцию происходит с бурным действием, воспламенением, выделением газа, дыма) в природе почти не встречается. Ведь на внешнем уровне всего один электрон, который легко отдается любому веществу. Гидроксиды очень важны в промышленности.

Общая характеристика материалов из d- и f-семейств

Это переходные элементы, которые могут являться как окислителями, так и восстановителями. Свойства зависят от среды, в которой они находятся. Но есть и общие:

• на внешнем уровне много электронов;
• несколько степеней окисления;
• увеличенная валентность;
• прочность;
• тягучесть;
• ковкость.

Из чего состоят побочные подгруппы металлов системы Менделеева

По сути это разновидности предыдущей категории – переходные элементы. Это линейка от скандия до цинка. Они часто выплавляются и обладают фактически такими же характеристиками, как и вышеперечисленные материалы из d- и f-семейств.

Сплавы

Чистые слитки, добываемые из руды, используются максимально редко. Это обусловлено как дороговизной, так и недостаточно хорошими качествами (чтобы исправить, добавляют углерод, легирующие добавки). Иногда в природе встречаются соединения, и нужно только подкорректировать состав. Самые известные:

• латунь;
• бронза;
• сталь;
• чугун.

Сравнение свойств

Вторая часть элементов в периодической системой отличается многообразием характеристик, поэтому почти невозможно привести полную сводную таблицу. Мы предлагаем таблицу, на которой представлено 4 отличительные черты:

Мы рассказали про металл, что это за материал, как он используется. Если вам нужны станки по металлообработке, закажите их в компании «Роста».

У нас в наличии и на заказ имеются ручные и полуавтоматические ленточнопильные станки, а также маятниковые, вертикальные и двухстоечные агрегаты. Цена на товары снижена в 1.5 — 2 раза по сравнению с зарубежными аналогами.

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с менеджерами, мы с радостью поможем в выборе оборудования.