Внешний вид металла обуславливает

Металлами называют вещества, обладающие своеобразным металлическим блеском, пластичностью, высокой прочностью, электро- и теплопроводностью, ковкостью и свариваемостью, что обусловлено особой природой металлической связи. У металлов своеобразные не только физические, но и химические свойства: способность к окислению и восстановлению в реакциях.

  • Большинство химических элементов (82 из 109- 75%) относится к металлам.
  • Свойства сплавов обычно резко отличаются от свойств исходных металлов и их можно регулировать.
  • Содержание химических элементов в земной коре колеблется в больших пределах. Наиболее распространенными и ценными являются:
  • — алюминий – 9%
  • — железо – 55
  • — магний – 2%
  • — метан – 0,655

Содержание остальных металлов составляет около 2%. Ряд металлов (цинк, олово, свинец, кобальт, вольфрам, молибден, ванадий) содержатся в тысячных долях процента, но имеют большое значение для получения высококачественных сплавов.

Характерная особенность строения металлов – наличие металлической связи между атомами. Атомы металлов на внешней оболочке содержат небольшое количество слабосвязанных электронов.

Электронные облака атомов перекрываются, поэтому внешние электроны могут свободно перемещаться и являются как бы общими, не связанными с отдельными атомами. Таким образом, общие электроны образуют электронный газ, который свободно перемещается между ионами и скрепляет их друг с другом.

Эта особенность определяет стремление атомов металла располагаться как можно плотнее. Компактная упаковка атомов приводит к повышенной плотности металлов.

Металлы и сплавы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение, которое характеризуется определенным, закономерным расположением атомов. Атомы в кристалле металла образуют пространственно кристаллическую решетку, состоящую из многократно повторяющихся ячеек, имеющих относительно простую форму.

В промышленных металлах наиболее распространены следующие кри­сталлические решетки (рис. 1): кубическая объемно-центрированная, кубиче­ская гранецентрированная и гексагональная. В элементарной кубической объ­емно-центрированной решетке находится девять атомов (восемь в вершинах куба и один в центре).

Такую решетку имеют: железо при температуре до 910 °С и выше 1390 °С, хром, вольфрам, ванадий и др. В кубической гранецентрированной ре­шетке 14 атомов (восемь в вершинах куба и по одному в центре каждой гра­ни).

Такую решетку имеют: железо при температуре 910-1390 °С, медь, никель, алюминий и др. В гексагональной решетке,имеющей форму шестигранной призмы, 17 атомов (12 в вершинах, два в центре оснований и три внутри приз­мы).

Данная решетка имеется у магния, цинка и других металлов.

Возможны и другие формы кристаллических решеток. Атомы в решетке находятся на определенных расстояниях один от другого. Эти расстояния очень малы и вычисляются в нанометрах (1 нм = 10″ м). Расположение атомов, меж­атомные расстояния, насыщенность атомами — все это влияет на качество ме­таллов.

Размеры кристаллической решетки характеризуются параметрами (пе­риодами) — расстояниями между центрами атомов, расположенных в узлах эле­ментарной ячейки. Например, для железа эти параметры равны 28,4-36,3 нм.

Внешний вид металла обуславливает
Внешний вид металла обуславливает
Внешний вид металла обуславливает
Внешний вид металла обуславливает

Рис. 1. Основные виды элементарных ячеек кристаллических решеток металлов а — объемно-центрированная кубическая; б — гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная

При этом плотность и степень упаковки атомов кристаллической решетки характеризуется отношением бесчисленного множества кристаллических обра­зований, группирующихся в виде отдельных прочно связанных между собой зерен.

Большинство их имеет кубическую объемно-центрированную (хром, ванадий, молибден, вольфрам и некоторые другие) и кубическую гранецентриро-ванную решетки (алюминий, медь, никель, свинец, золото и серебро). Железо может быть в нескольких кристаллических формах с различным расположе-нием атомов.

Это явление называется аллотропией.Аллотропические пре­вращения железа наблюдаются при изменении температуры. Железо из рас­плавленной массы кристаллизуется в форме решетки объемно центрированного куба (рис.

1, 1) — δ – модификация железа; при охлаждении до температуры 1390 °С она перекристаллизовывается в решетку гранецентрированного куба (рис. 1, 2) — γ — модификация железа, а при 898 °С снова образует решетку объемно цен­трированного куба β и α-модификации.

Аллотропия железа имеет большое значение в процессах горячей механической и термической обработки чугуна и стали. Главную роль при этом играют α- и γ-модификации железа. Регулируя закалкой , отжигом и другими способами содержание этих модификаций в ста­лях, придают им заданные механические свойства.

Кристаллическая природа металлов обуславливает анизотропию их свойств, т.е. различие свойств металлов в зависимости от направления кристал­лографических осей, образующих кристаллы металлов.

Процесс перегруппировки атомов в кристаллографической решетке про­исходит в твердом состоянии металла подобно процессу затвердевания жидкого сплава при определенных- температурах и сопровождается тепловым эф­фектом. Этот процесс образования новых кристаллов из кристаллов прежней модификации называется вторичной кристаллизацией.

Металлические сплавы, представляющие собой поликристаллические те­ла, в которых кристаллиты (кристаллические образования, которые при пра­вильном внутреннем строении не сохранили в процессе роста правильную форму кристалла вследствие помех соседних кристаллов) различно ориентиро­ваны один относительного другого, обладают мнимой изотропностью (квазии-зотропны). Однако в результате технологической обработки сплава (прокатки, волочения, ковки и т.д.) происходит ориентировка кристаллов по направлению обработки, и металл становится анизотропным. Некоторые механические свойства металлических сплавов при технологической и термической обработках повышаются в направлении главных кристаллографических осей. Этим частопользуются при изготовлении некоторых деталей машин и металлических строительных изделий.

Процесс кристаллизации металлических сплавов начинается при охлаждении жидкого сплава и продолжается у многих сплавов до определенных температур в отвердевшем состоянии в виде перекристаллизации.

На размер и форму образующихся кристаллов влияет скорость охлажде­ния жидкого сплава: при медленном охлаждении образуются крупные зерна, а при быстром — металлический сплав приобретает мелкозернистое строение.

В настоящее время измельчение зерна металла достигается не только за счет увеличения скорости охлаждения, но и за счет введения различных присадок, увеличивающих число центров кристаллизации при V=const и создающих условия для замедленного роста кристаллов. Этот метод измельчения зерна называется модифицированиеми применяется при выплавке специальных чугунов, сталей и некоторых цветных металлов.

  1. Основными способами модифицирования структуры и свойств стали применяемыми в современной металлургии, являются:
  2. — введением в расплавленный металл веществ образующих тугоплавкие соединения, являющиеся центрами кристаллизации (Ti, Al, Si, Mn);
  3. — введение лигирующих элементов, повышающих прочность кристаллических решоток феррита и ацетенита, замедляющих диффузионные процессы выделения углерода, карбидов и движение дислокаций;
  4. — термическая и пормомеханическая обработка.

При затвердевании металлических слитков, болванок, заготовок образу­ются различные по крупности кристаллы: более мелкие у наружной поверхно­сти, а более крупные внутри слитка.

Кроме того, кристаллы ориентированны различно: внутри слитка они имеют более правильные формы, чем в наружных слоях, а чаще всего приобретают разветвленную древовидную форму. Такие скопления кристаллов в слитках называются дендритами.

Возможно также об­разование кристаллов пластинчатой, игольчатой и других форм.

Затвердевание слитка по всему объему происходит не одновременно, по­этому и строение слитка неоднородно. В верхней части, у поверхности слитка, затвердевающего в первую очередь, образуются усадочные раковины, окру­женные макро и микропорами.

При ускоренном охлаждении сплава внутри отливки могут образоваться полости — газовые пузыри — за счет газов, не успевших удалиться из металлов.

Подобная неоднородность отливок может привести к снижению их механиче­ских свойств.

Соответствующей механической обработкой отливки (давлением, про­каткой) с последующей термической обработкой можно придать волок­нистое строение в направлении обработки и уменьшить размер зерен, что улучшает его механические свойства.

В жидком состоянии большинство сплавов представляет собой однородный жидкий раствор.

При переходе в твердое состояние однородность многих сплавов сохраняется за счет внедрения или замещения атомов в кристаллогра­фической решетке растворителя атомами других более легких элементов.

Структура реальных сплавов в значительной степени отличается от идеального строения кристаллов. В реальном металле всегда имеются нарушения макро- и микроскопического характера (поры, газовые и неметаллические включения, микротрещины и пр.

Читайте также:  Приемы работы на токарном станке по металлу

), а также дефекты кристаллического строения, связанные с нарушением правильного расположения атомов в самой кристал­лической решетке. Все эти виды нарушений заметно влияют на свойства, при­чем наиболее велика роль несовершенства кристаллического строения, так на­зываемых дислокаций.

Из-за присутствия в металле дислокаций теоретическая прочность не реализуется. Прочность реальных кристаллов обычно составляет не более 1-5% от теоретической, рассчитанной по силам связи между атомами.

В конструкции же, когда на эксплуатационные характеристики металла оказывают такие факторы, как наличие надрезов, напряженное состояние, температурные условия эксплуатации, агрессивность окружающей среды, используется только от 40 до 80% прочности исходного металла.

Член – корреспондент АНСССР И. А. Одинг еще в конце 40х годов прошлого столетия, сформулировал основные закономерности изменения прочности кристаллических тел в зависимости от от плотности дислокаций, благодаря им получили интенсивное развитие:

  • 1. получение металлов с кристаллическим строением близким к совершенству (создание бездислакационных кристаллов с прочностью приближающейся к теоретической), и разработка на этой основе высокопрочных композиционных материалов;
  • 2. создание в уже имеющихся материалах повышенной или высокой плотности дислокаций, что при условии равномерного или периодического распределения в объеме металла позволяет в несколько раз повысить его прочность;
  • Во втором пути повышения прочности металлов используются два основных метода:
  • — пластическая деформация (механическая энергия) для достижения необходимой плотности дислокаций;
  • — термическое воздействие (тепловая энергия).
  • Наиболее эффективно повышает прочность комбинация этих двух способов с названием термомеханическая обработка (ТМО).
  • Влияние структурных составляющих на свойства железоуг­леродистых сплавов
  • Основными структурными составляющими железоуглеродистых сплавов является графит, феррит, цементит, аустенит, ледебурит и перлит, обладающие различными свойствами; поэтому количественное содержание их сильно влияет на свойства железоуглеродистых сплавов.

Графит— мягок, его истинная плотность 2,25 г/см3, он нарушает сплошность металла, понижая сопротивление растяжению и вязкость, увеличивает хрупкость тем больше, чем крупнее его частицы. Графит характеризует микро­структуру литейных чугунов.

Феррит— твердый раствор углерода в aFe, мягкий, вязкий, хорошо кует­ся и сваривается. Чем больше в металле феррита, тем металл мягче, более ковок и тем больше дает удлинение при растяжении.

Цементит— карбид железа Fe3C. С увеличением его содержания сначала возрастают твердость и прочность металла (наибольший предел прочности при растяжении — при содержании углерода 1,2%); с дальнейшим увеличением ко­личества цементита сопротивление падает, вязкость уменьшается, а твердость и хрупкость возрастает.

Аустенит— твердый раствор углерода в γ Fе; содержит до 2% углерода.

В обыкновенных сталях аустенит устойчив только при температуре выше 723°С В легированных сталях, содержащих в своем составе некоторое количество Мп, Cr, Ni и других элементов, аустенит может быть устойчивым и при обычной, и даже низкой температуре.

Механические свойства аустенита зависят от содер­жания в нем углерода. С уменьшением количества углерода аустенит становится более мягким и вязким; с увеличением — более твердым и хрупким.

Ледебурит— эвтетика (цементит + аустенит), очень тверд и хрупок, присутствует в белых чугунах. Образуется при температуре 1130 °С и содержит углерода С=4,3% — эвтектический чугун.

Перлит— эвтектоид (феррит + цементит), обладает сравнительно высокой прочностью, достаточно вязок, имеет зернистое или пластинчатоестроение. Образуется в процессе распада аустенита при температуре 723°C и содер­жанием углерода 00,83%, примеси Si, Мпспособствуют образованию перли­та и при меньшем содержании углерода.

Какими свойствами обладают металлы и сплавы

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.

Внешний вид металла обуславливаетСвойства 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.

Внешний вид металла обуславливаетПроизводство 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.

Внешний вид металла обуславливаетДвигатель 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.
Читайте также:  Парапеты для крыши оцинкованный

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 )Внешний вид металла обуславливает

Физические свойства металлов

Внешний вид металла обуславливает Внешний вид металла обуславливает

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 283.

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 283.

Физические свойства металлов отличают их от неметаллов. Все металлы, кроме ртути, – твёрдые кристаллические вещества, являющиеся восстановителями в окислительно-восстановительных реакциях.

Металлы занимают I-II группы и побочные подгруппы III-VIII групп. Металлические свойства, т.е.

способность отдавать валентные электроны или окисляться, увеличиваются сверху вниз по мере увеличения количества энергетических уровней.

Слева направо металлические свойства ослабевают, поэтому наиболее активные металлы находятся в I-II группах, главных подгруппах. Это щелочные и щелочноземельные металлы.

Определить степень активности металлов можно по электрохимическому ряду напряжений. Металлы, стоящие до водорода, наиболее активны. После водорода стоят слабоактивные металлы, не вступающие в реакцию с большинством веществ.

Рис. 1. Электрохимический ряд напряжений металлов.

Вне зависимости от активности все металлы имеют общее строение. Атомы в простом металле расположены не хаотично, как в аморфных веществах, а упорядоченно – в виде кристаллической решётки. Удерживает атомы в одном положении металлическая связь.

Такой вид связи осуществляется за счёт положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической ячейки (единицы решётки), и отрицательно заряженных свободных электронов, которые образуют так называемый электронный газ. Электроны отделились от атомов, превратив их в ионы, и стали перемещаться в решётке хаотично, скрепляя ионы вместе. Без электронов решётка бы распалась за счёт отторжения одинаково заряженных ионов.

Различают три типа кристаллической решётки. Кубическая объемно-центрированная состоит из 9 ионов и характерна хрому, железу, вольфраму. Кубическая гранецентрированная включает 14 ионов и свойственная свинцу, алюминию, серебру. Из 17 ионов состоит гексагональная плотноупакованная решётка цинка, титана, магния.

Внешний вид металла обуславливаетРис. 2. Виды кристаллических решёток.

Строение кристаллической решётки определяет основные физические и химические свойства металлов. Металлы блестят, плавятся, проводят тепло и электричество.

Промышленность и металлургия нашли применение физическим свойствам металлов в изготовлении деталей, фольги, корпусов машин, зеркал, бытовой и промышленной химии.

Особенности металлов и их использование представлены в таблице физических свойств металлов.

Свойства Особенности Примеры Применение
Металлический блеск Способность отражать солнечный свет Наиболее блестящими металлами являются Hg, Ag, Pd Изготовление зеркал
Плотность Лёгкие – имеют плотность меньше 5 г/см3 Na, K, Ba, Mg, Al. Самый лёгкий металл – литий с плотностью 0,533 г/см3 Изготовление облицовки, деталей самолётов
Тяжёлые – имеют плотность больше 5 г/см3 Sn, Fe, Zn, Au, Pb, Hg. Самый тяжёлый – осмий с плотностью 22,5 г/см3 Использование в сплавах
Пластичность Способность изменять форму без разрушений (можно раскатать в тонкую фольгу) Наиболее пластичные – Au, Cu, Ag. Хрупкие – Zn, Sn, Bi, Mn Формовка, сгибание труб, изготовление проволоки
Твёрдость Мягкие – режутся ножом Na, K, In Изготовление мыла, стекла, удобрений
Твёрдые – сравнимы по твёрдости с алмазом Самый твёрдый – хром, режет стекло Изготовление несущих конструкций
Температура плавления Легкоплавкие – температура плавления ниже 1000°С Hg (38,9°С), Ga (29,78°С), Cs (28,5°С), Zn (419,5°C) Производство радиотехники, жести
Тугоплавкие – температура плавления выше 1000°С Cr (1890°С), Mo (2620°С), V (1900°С). Наиболее тугоплавкий – вольфрам (3420°С) Изготовление ламп накаливания
Теплопроводность Способность передавать тепло другим телам Лучше всего проводят ток и тепло Ag, Cu, Au, Al Приготовление пищи в металлической посуде
Электропроводность Способность проводить электрический ток за счёт свободных электронов Передача электричества по проводам

Внешний вид металла обуславливаетРис. 3. Примеры применения металлов.

Из урока 9 класса узнали о физических свойствах металлов. Кратко рассмотрели положение металлов в периодической таблице и особенности строения кристаллической решётки.

Благодаря строению металлы обладают пластичностью, твёрдостью, способностью плавиться, проводить электрический ток и тепло. Свойства металлов неоднородны. Различают лёгкие и тяжёлые металлы, лёгкоплавкие и тугоплавкие, мягкие и твёрдые.

Физические свойства используются для изготовления сплавов, электрических проводов, посуды, мыла, стекла, конструкций различной формы.

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 283.

А какая ваша оценка?

Гость завершил

Тест «Муму»с результатом 12/14

Гость завершил

Тест «Пиковая дама»с результатом 10/14

Гость завершил

Тест «Биография Куприна»с результатом 13/14

Гость завершил

Тест «Дикий помещик»с результатом 10/10

Гость завершил

Тест «Смерть чиновника»с результатом 7/8

Гость завершил

Тест на тему «Кровь»с результатом 8/10

Не подошло? Напиши в х, чего не хватает!

Физические свойства металлов

9. Фи­зические свойства металлов

Металлическая связь и особенности кристаллического строения обуславливают особые физические свойства металлов.

Металлическая связь основана на обобществлении электронов, входящих в состав атомов металла. Все электроны на внешних энергетических уровнях атомов металлов обобществленные, т.е. принадлежат всем атомам вещества.

И эти электроны легко отрываются и попадают на энергетические уровни таких же атомов металлов.

Постоянно перемещаясь по кристаллической решетке, электроны компенсируют силы электростатического отталкивания между положительно заряженными ионами и тем самым связывают их в устойчивую металлическую решетку.

Металлическая связь – это связь в металлах и сплавах между атом-ионами посредством обобществленных электронов.

Разобраться в том, какой электрон принадлежал какому атому, просто невозможно, так как все оторвавшиеся электроны становятся общими, соединяясь с ионами. Эти электроны временно образуют атомы, потом снова отрываются и соединяются с другим ионом. Этот процесс продолжается бесконечно. Таким образом, в металлических соединениях атомы непрерывно превращаются в ионы и наоборот.

Именно строением металлической связи обусловлены физические свойства металлов.

К физическим свойствам металлов относятся:

  1. Металлический блеск.

  2. Электропроводность и теплопроводность.

  3. Пластичность.

  4. Твердость.

  5. Высокая плотность и температура плавления.

Рассмотрим каждое из свойств более подробно.

Металлический блеск.

Металлический блеск обусловлен металлической связью между атомами, для которой свойственны обобществленные электроны. Они как раз и испускают под воздействием света свои, вторичные волны излучения, которые мы воспринимаем как металлический блеск.

  • В порошкообразном состоянии большинство металлов теряют металлический блеск и приобретают серую или черную окраску.
  • Металлический блеск в порошкообразном состоянии сохраняют алюминий и магний.
  • Прекрасно отражают свет палладий Pd, ртутьHg, сереброAg, медьCu.
  • Из алюминия, серебра и палладия, основываясь на их отражательной способности, изготавливают зеркала, в том числе и применяемые в прожекторах.
  • Электропроводность и теплопроводность.
Читайте также:  Выполнение правки полосового металла

Все металлы хорошо проводят электрический ток и имеют высокую теплопроводность, также благодаря наличию металлической связи. При нагревании металла, увеличивается скорость движения электронов. Быстро движущиеся по кристаллической решетке электроны выравнивают температуру по всей поверхности металла, проводя тепло. Высокая теплопроводность металлов используется для изготовления из нихпосуды.

Высокая электропроводность металлов обусловлена направленным движением электронов в кристаллической решетке при воздействии электрического тока. СереброAg, медьCu, золотоAu и алюминий Al обладают наибольшей электропроводностью, поэтому медьCu и алюминийAl используют в качестве материала для изготовления электрических проводов.

  1. Наименьшей электропроводностью обладают марганец Mn, свинец Pb, ртуть Hgи вольфрам W.
  2. Пластичность.
  3. Пластичность – это физической свойство вещества изменять форму под внешним воздействием и сохранять принятую форму после прекращения этого воздействия.
  4. Большинство металлов пластично, так как слои атом-ионов металлов легко смещаются относительно друг друга и между ними не происходит разрыва связи.

Наиболее пластичные металлы – золотоAu, сереброAg, медьCu. Из золотаAu можно изготовить тонкую фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий.

Именно на пластичности металлов основано кузнечное дело и возможность изготавливать различные предметы с помощью механического воздействия на металл.

Твердость.

Все металлы (кроме ртути) при нормальных условиях представляют собой твердые вещества. Твердость металлов различна. Наиболее твердыми являются металлы побочной подгруппы шестой группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Наименее твердыми являются щелочные металлы.

Плотность.

По плотности металлы классифицируют на легкие (их плотность от 0,53 до 5 г/см3) и тяжелые (плотность этих металлов от 5 до 22,6 г/см3). Самым легким металлом является литий Li, плотность которого 0,53 г/см3. Самыми тяжелыми металлами в настоящее время считают осмий Os и иридий Ir (плотность около 22,6 г/см3).

Температура плавления.

Температура плавления металлов находится в диапазоне от 39 (ртутьHg) до 3410оС (вольфрам W). Температура плавления большинства металлов высока, однако некоторые металлы, например, олово Sn и свинец Pl, можно расплавить на электрической плите.

  • Физические свойства металлов и в настоящее время широко используются в промышленности и электронике.
  • В технике все металлы делятся на черные, к ним относятся железо и его сплавы, и цветные.
  • Изделия из различных видов металлов используются повсеместно благодаря их пластичности, но чаще всего в сплавах.
  • К драгоценным металлам относят золото, серебро, платину и некоторые другие редко встречающиеся металлы.

Свойства металлов и сплавов

Физические свойства материалов (их показатели):

  • • цвет;
  • • плотность;
  • • теплопроводность;
  • • температура плавления;
  • • электропроводность;
  • • магнетизм;
  • • расширение при нагревании.

К химическим свойствам материалов относится межатомное взаимодействие материала с другими веществами.

Механические свойства материалов:

  • • прочность;
  • • твердость;
  • • упругость;
  • • пластичность;
  • • вязкость.

Физические свойства

Цвет металла (сплава) является одним из показателей, позволяющих судить о его свойствах. При нагревании металла по цвету поверхности можно примерно определить, до какой температуры он нагрет. Это используется при сварочных работах. Однако некоторые металлы (например, алюминий) при нагревании не изменяют цвет. Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем неокисленного.

Плотность — отношение массы вещества к его объему. Плотность материала является одной из важнейших его характеристик, которая учитывается при проектировании, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими.

Теплопроводность (теплообмен) — способность материала переносить тепловую энергию при неравномерном нагревании, имеет атомно-молекулярный характер, измеряется в Вт/(м • К).

Температура плавления — температура, при которой материал переходит из твердого состояния в жидкое. Чистые металлы имеют постоянную температуру плавления.

Электропроводность — способность вещества проводить постоянный электрический ток под действием не изменяющегося во времени электрического поля. Так как в автомобилях используются в основном металлические детали, электрическая сеть автомобилей выполняется по однопроводной схеме, вторым проводом является сам автомобиль, т. е. его «масса».

Магнитные свойства металлов широко используются в электрооборудовании автомобиля (генераторе, системе зажигания, электродвигателях, контрольно-измерительных приборах).

Способность металлов расширяться при нагревании — важное свойство, которое также учитывается при коструировании.

Например, при сварке происходит местное нагревание лишь небольшого участка, и так как деталь в различных частях имеет не одинаковую температуру, то она деформируется.

Детали, изготовленные из разных материалов, при нагревании расширяются по-разному. Это тоже может привести к деформациям и даже к разрушению конструкции.

Усадка — уменьшение объема расплавленного металла при его охлаждении. Вследствие усадки сварного шва, например, происходит коробление детали, появляются трещины или образуются усадочные раковины. Чем больше усадка, тем труднее получить качественное соединение.

  • Механические свойства
  • Механические свойства материалов, как правило, являются основными показателями, которые определяют его пригодность в различных условиях эксплуатации.
  • Прочность — способность материала в определенных условиях и пределах не разрушаться, воспринимая те или иные воздействия (нагрузки, неравномерное нагревание, магнитные и электрические поля).
  • Твердость — способность материала сопротивляться местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела.

Упругость — свойство тела восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешней силы (нагрузки, нагревания). Большой упругостью, например, должны обладать рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов.

Пластичность — способность тела необратимо изменять форму (деформироваться) под действием механических нагрузок. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность металла, тем он легче куется, штампуется, прокатывается.

Вязкость — способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали несущей системы, подвески, колес автомобилей).

Химические свойства

Химические свойства металлов характеризуют их способность вступать в соединение с различными веществами (химическими элементами), и в первую очередь с кислородом.

Чем легче металл вступает в соединение с различными химическими элементами, тем легче он разрушается. Разрушение металлов вследствие химического воздействия среды называется коррозией.

Для достижения высокой коррозионной стойкости изготавливаются специальные стали: коррозионно- и кислотостойкие).

  1. Технологические свойства
  2. Совокупность физических, механических и химических свойств оказывает влияние на технологические свойства материала.
  3. Технологические свойства имеют весьма важное значение при производстве тех или иных технологических операций и определяют пригодность металла к обработке тем или иным способом.

Свариваемость — свойство металлов создавать доброкачественные соединения при сварке, характеризующиеся отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах, причем иногда металл хорошо сваривается одним методом и неудовлетворительно — другим. Например, дюралюминий хорошо сваривается точечной сваркой и плохо — газовой, чугун хорошо сваривается газовой сваркой с подогревом и плохо — дуговой и т. д.

Жидкотекучесть — способность расплавленных металлов и сплавов заполнять литейную форму.

Ковкость — способность металлов и сплавов изменять свою форму при обработке давлением.

Обрабатываемость резанием — способность металла обрабатываться путем механической обработки (резание, фрезерование и т. д.), т. е. острым режущим инструментом (резцом, фрезой, ножовкой и т. д.).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector