Главне механичке особине метала. Технолошка својства метала

У наше време, за производњу машина и уређаја углавном се користе материјали који укључују метали, легуре метала са другим металима и неметалима. Стога је веома важно одредити механичка својства метала. Не мање важно је познавање таквих општих закона као што су учесталост промена способности њихових елемената и њихових једињења, зависност својстава од типова и карактеристика хемијских веза у слитинама на њима.

Основне механичке особине метала

Метали су супстанце које карактеришу провођење топлоте, електрична проводљивост, пластичност. Сви они, са изузетком живе, су чврсте материје на собној температури. Тачка топљења је у опсегу од -38,78 до + 3380 ^о Ц. Механичка и технолошка својства метала имају високу способност апсорпције светлости, па су и непрозирна чак иу веома танким слојевима. Међутим, глатки и чисти површински слој добро рефлектује светлост и даје јој карактеристичан сјај. Већина површина је бела и сива. Само бакар и злато имају жуту боју. Неки метали имају сиву боју са слабим плавичастим, жућкастим или црвенкастим нијансама. У чврстом стању, сви они имају кристални облик. У парном стању, моноатомски метали. Према њиховој специфичној тежини, они се дијеле на лаке и тешке. Постоји још једна подјела - за црне и обојене метале.

Метали у природи и методе њихове екстракције

У природи, метали се налазе иу слободном стању (Цу, Ау, Аг, Хг, Пт) иу облику разних једињења - оксида, сулфида, карбоната, сулфата, фосфата, хлорида, нитрата и других једињења. При вађењу из руда и минерала користе се различити начини редукције. У пракси, та једињења и минерали имају вредност, од које индустрија може добити чисти метал једноставно и без великих трошкова. Карбон се користи за производњу гвожђа из жељезне руде. Средства за редукцију могу бити водоник, алуминијум, калцијум, натријум, који имају већу способност додавања кисеоника. Производња жељеза из сулфида одвија се у двије фазе: прво, добија се сулфат, а затим изгара и претвара у оксиде, затим се настали оксид редуцира према технологији производње из оксида. Карбонати се прво загријавају када се карбонат ставља. Сличне акције могу се добити из различитих врста гвожђа из различитих природних једињења. Метода електролизе производи активан метали, алкални, алкална земља, алуминијум, магнезијум итд. Потоњи се производе електролизом растопљених соли (растаљених соли). Пропуштајући директну електричну струју, јони се ослобађају на катоди. Технолошке особине метала које се тешко топи користе се да би се добиле у облику прашка или спужвастог стања, након чега следи пресовање на високој температури.

Структура метала и њихове физичке особине

Механичке особине метала су под утицајем карактеристика њихове унутрашње структуре у чврстом стању. Метална решетка има такву особину да у њеним чворовима постоје молекуларне честице, то јест, постоји равнотежа. Валентни електрони су у релативно слободном стању и нису фиксирани стриктно према сваком атому, формирајући такозвани електронски плин. То јест, кристална решетка се састоји од позитивних јона, а празнине између јона су испуњене електронима. Ако постоји температурна разлика или под утицајем спољашње потенцијалне разлике, ови електрони се лако крећу и проводе топлоту и електричну струју без замјене честица материјала. У парном стању, механичка својства метала доприносе провођењу електричне струје само у јонизованом облику. Карактеристично је да се са повећањем температуре електрична проводљивост смањује због чињенице да се њихова запреминска отпорност повећава. Када се загрева или (чак и када је изложена фотонима) енергија електрона се повећава, па се може лако емитовати (појављивање катодних зрака и фотоелектронске емисије, користи се у радио-инжењерству, електронским цевима и мјерењу интензитета свјетлости помоћу фотоћелија). Дакле, метална решетка је заправо јонска решетка, у чијим врховима постоје позитивни јони истог имена, чије се међусобно одбијање компензира не супротним набијеним анионима, већ заједничким напорима слободних електрона.

Испитивања механичких својстава метала

Растварање се може извршити само када се оне претворе у водорастворна једињења, то јест, хемијским средствима. Неки могу да се растварају у течну живу (сребро, злато), формирајући такозвани амалгам. Гвожђе може да формира и мешавине и интерметалне спојеве (интерметалне фазе), које имају одређену композицију. Да би се добила слика о промени својстава са температуром, коришћене су криве хлађења добијене проучавањем брзине хлађења. Претходно загрејана супстанца се остави да се охлади и температура се мери сваких сат времена. Резултати се исцртавају на дијаграму, где се време црта на оси апсцисе, а температура се уцртава на оси ординате. Ако се технолошка својства метала, праћена ослобађањем топлоте, не мијењају током хлађења, температура се постепено смањује. Ако постоје било какве промене у систему, онда постоји временско кашњење у хлађењу система, проузроковано фазним прелазима. Користећи термичку анализу кривуља хлађења могуће је истражити састав спојева који се могу формирати између саставних дијелова легура.

Промене карактеристика легура у зависности од састава

Генерално, када супстанца прелази из течности у чврсто стање, супстанца се ослобађа у облику више или мање великих честица - кристала, или безобличне аморфне масе (адхезиви, гума, итд.). Најмањи могући волумен кристалне решетке, који репродукује карактеристике његове структуре, карактерише јединична ћелија. Облик чврсте супстанце зависи од природе супстанце и од услова у којима се одвија прелазак у чврсто стање. Ако у врховима има идентичних атома, онда је растојање између њих у кристалу једнако збиру њихових радијуса, то јест, полупречник атома је једнак половини ове удаљености. Пуњење кристалних решетки са молекулима и јонима одвија се у максималном густом паковању, тј. Јони и молекули испуњавају простор минималном запремином. Елементи симетрије чврстог кристала су његов центар, равни и осе. Њихова карактеристична карактеристика је анизотропија, односно различитост њихових карактеристика (снага, топлотна проводљивост, брзина отапања, итд.) У различитим правцима. Одсуство стриктно усмерених веза између атома, механичке особине метала омогућавају постављање два или више елемената у металну решетку, која су распоређена у одређеном реду, формирајући интерметалне структуре.

Аллоис

Приликом мешања различитих метала у растопљеном стању, честице главне компоненте могу бити замењене честицама другог или више елемената без промене кристалне решетке, формирајући чврсте растворе. Материјали који садрже два или више типова атома и имају карактеристична својства (сјај, топлотна проводљивост, електрична проводљивост) називају се легурама. У растопљеном стању, метали се добро растварају један у другом и по правилу без ограничења. Често у овим растворима могу настати бројне хетерогене зоне, што указује на њихову ограничену растворљивост. Механичка својства метала, на основу којих се формира легура, разликују се од физичких и механичких својстава легура. Када се растворе у живу, формирају се такозвани амалгами. У пракси постоје три типа легуре: тврдо решења, она која имају карактер хемијских једињења метала, и мешавина кристала.

Формирање елементарне кристалне решетке легура

Различити поступци за производњу легура омогућавају да се произведу жељене особине. У пракси се широко користе једињења на бази гвожђа, бакра, никла итд. Физичка и механичка својства метала, на основу којих се производи легура, значајно се разликују од својстава легура. Додати атоми могу формирати више "крутих" локализованих веза, а клизање слојева атома се смањује. То доводи до смањења дуктилности и повећања крутости легура. Тако се јачина гвожђа повећава 10 пута уз додатак 1% угљеника, никла или мангана. У месингу, који садржи 65-70% хрома и 30-5% цинка, чврстоћа је 2 пута већа него у чистом бакру, и 4 пута више него у чистом цинку. Индустрија производи веома много врста легура разних метала са жељеним својствима.

Метал струцтуре

Проучавајући структуру атома, може се приметити да сви они имају мали број електрона на спољашњем енергетском нивоу, а карактерише их способност да дају само електроне када се формирају једињења. У једињењима, метали увек имају позитиван степен оксидације. У формирању једињења, честице донирају електроне, показујући својства редукционог агенса. Способност даровања електрона је различита и зависи од структуре атома. Што лакше даје електроне, то је активнија. Квантитативна карактеристика механичких својстава метала да би се добио електрон је потенцијал јонизације. Под тим се подразумева минимални напон електричног поља (у волтима) при којем електрон прима такво убрзање да може изазвати јонизацију атома. Активност у воденим растворима је карактерисана стандардним електродним потенцијалом и може се квантификовати коришћењем стандардне водоничне електроде, чији се потенцијал узима као ± 0. Племенити метали имају позитиван стандардни потенцијал. По хемијским својствима, они су у стању да ступају у интеракцију са водом, киселинама, алкалијама, солима, оксидима, органска материја.

Интеракција са неметалима

У свим случајевима формирања једињења са неметалима долази до преласка електрона из атома метала у атоме неметала. Хидриди су једињења са водоником. Алкална и алкална земља се формирају директном интеракцијом са водоником. Халиди су соли халогеноводоних киселина, поларни молекули, који су за метале 1, 2 групе добро растворљиве у води. Формирају се директном интеракцијом гвожђа са халогенима, халогеноводоничним киселинама са гвожђем. У свом окружењу, метали су веома активни. Оксиди су претежно фундаменталне природе, укључујући оксиде алуминијума, цинка, олова (ИИ), хрома (ИИИ). Могу се добити из елемената разградњом соли са хидроксидом, пржењем сулфида. Основна механичка својства метала у ваздуху доприносе њиховој облози оксидним филмом. Ако не покрива површину лабаво, она не штити од уништавања, у току је хемијска корозија. Неки метали формирају веома густ оксидни филм који не дозвољава да кисеоник из ваздуха и других оксиданата продре кроз њега и штити метал од корозије.