ТЕМА: Загальні відомості про метали та сплави
МЕТА:
- дидактична ознайомитись з основними металами та сплавами для отримання фасонного литва
- виховна розвивати інтерес до майбутньої професії, прививати культуру технічного мовлення і мислення.
План
1. Метали та їх класифікація
2. Сплави чорні i кольорові, деформовані й ливарні, їх структура, область використання
3. Характеристика сталі, чавуну.
4. Кольорові метали та сплави.
5. Властивості металів i сплавів.
Література:
2. Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. - М: Машиностроение. 1985. 400 с.
7. Могилев В. К., Лев О. И. Справочник литейщика. - М.: Машиностроение. 1988. 272 с.
1. Метали та їх класифікація
З усіх відомих у природі хімічних елементів близько 70 є метали. Метали — дуже поширені елементи. В надрах землі, у водах річок, озер, морів та океанів, в організмах тварин і рослин, навіть в атмосфері — всюди є метали.
На стор. 8 наведено таблицю, в якій показано поширення різних хімічних елементів у земній корі найбільш поширеними металами є алюміній і залізо. За ними йдуть кальцій, натрій, магній, калій. Є метали, кількість яких у земній корі обчислюється лише мільйонними (золото), мільярдними (радій) і ще меншими частками процента у відношенні до загальної ваги земної кори.
У далеких глибинах земних надр кількість металів зростає; там містяться головним чином такі метали, як залізо, кобальт, нікель, титан, платина. Центральне ядро Землі, за сучасними припущеннями вчених, складається із заліза та нікелю з невеликою домішкою кобальту, хрому і елементів-неметалів — фосфору, вуглецю та сірки.
У воді річок і морів є найрізноманітніші метали і завжди — натрій, калій, магній, кальцій; вони входять до складу солей, розчинених у воді. Хоч більшість металів міститься у морській воді в надзвичайно малих концентраціях, однак загальна кількість металів, розсіяних, у воді усіх морів і океанів Землі, досить велика: мільйони тонн золота, десятки мільйонів тонн срібла, ртуті і т. п.
Багато різних металів — у вигляді сполук — є в організмах твариїн і рослин. Завжди є в них кальцій, калій, залізо. Є також мідь, цинк, кадмій, літій і т. д., але кількість їх дуже мала.
В атмосфері, що оточує Землю, завжди носяться дуже дрібненькі кристалики морських солей і різні порошинки, до складу яких також входять метали.
Метали за своїми властивостями дуже відрізняються від ївших елементів, неметалів. Двісті років тому М. В. Ломоносов вперше дав ясне поняття про те, що таке метал. Він писав: «Метали — тіла тверді, ковкі, блискучі». Це просте визначення зберегло свій смисл і в наші дні. Ми знаємо, що всі метали мають особливий «металічний» блиск. Майже всі метали ковкі і міцні. Метали добре проводять тепло і електричний струм. Завдяки цим якостям вони надзвичайно широко застосовуються в техніці і побуті.
Цілком очевидно, що широке використання того чи іншого металу в промисловості багато в чому залежить від того, скільки є цього металу в земній корі і наскільки багаті на нього ті або інші руди.
У земній корі лежать мільярди тонн заліза. Руд, багатих на залізо, є чимало. Металурги використовують тепер руди, в яких міститься не менше 30% заліза. З кожної тонни такої руди можна виплавити приблизно 300 кілограмів металу. А тому залізо є один із металів, який найширше використовується в техніці.
Мідні і свинцеві руди звичайно містять в собі 1 —2% міді або свинцю. З кожної тонни таких руд можна добути 10 — 20 кілограмів металу.
В одній тонні золотоносної руди часто міститься в середньому лише 5 грамів золота. Ще менше є в рудах таких металів, як вольфрам, молібден, реній. Ясно, що ні золото, ні реній не можуть бути використані у промисловості так само широко, як, наприклад, залізо або мідь.
Чисті метали, тобто метали, які не містять в собі ніяких домішок, не мають досить високої модності і застосовуються порівняно мало. В техніці використовуються головним чином сплави.
Сплави — це складні речовини. До складу сплаву можуть входити два або кілька хімічних елементів. Так, наприклад, латунь — це сплав міді з цинком, звичайна сталь — складний сплав заліза з вуглецем і домішкою кремнію, марганцю, сірки та фосфору.
Іноді зовсім незначних домішок іншого елемента досить, щоб різко змінилися властивості сплаву. Так, якщо в сталі міститься лише близько 0,2% вуглецю, то її міцність зростає більше ніж у два рази в порівнянні з чистим залізом. Сплав алюмінію з 4% міді, магнію і марганцю в три—чотири рази міцніший, ніж чистий .алюміній.
Сплав завжди міцніший, ніж чисті метали, що входять до його окладу. Підвищена міцність сплавів має величезне практичне значення. Чим вища міцність сплава, тим менше його потрібно для збудування тієї чи іншої машини, тим легша вага і менша вартість цієї машини. Тому радянські вчені невпинно вишукують все нові й нові високоміцні сплави.
Всі метали й сплави, які використовує техніка, поділяються на два основні класи (рис. 1).
Перший клас — це чорні метали. До цього класу належать залізо і всі залізні сплави, в яких залізо становить основну частину: чавуни і сталі. Чавун залізний сплав, в якому міститься більше 2% вуглецю і невелика кількість кремнію, марганцю, сірки та фосфору. В сталі вуглецю не більше 2%.
При виготовленні спеціальних, так званих легованих сталей і чавунів, у сплав вводять хром, нікель; вольфрам, молібден, ванадій, кобальт, титан та і інші метали, іноді до 5 — 6 різних металів. Так утворюють різні цінні сталі, які мають в одних випадках підвищену міцність, в інших—високий опір стиранню, властивість не окислюватись на повітрі, не руйнуватися від дії кислот та інших хімічних речовин і т. д.
Крім того, до чорних металів належать феросплави. Це — сплави заліза з марганцем (феромарганець), з кремнієм (феросиліцій), з хромом (ферохром), з титаном (феротитан) та ін. В цих сплавах міститься приблизно від 15 до 60% спеціальних елементів. Феросплави потрібні для виготовлення сталей.
Другий клас —це кольорові метали. Названі вони так тому, що мають різне; забарвлення. Мідь, наприклад, — світлочервона, нікель і олово—сріблястобілі, цинк — світлосірий, свинець — ґолубуватобілий, золото— жовте. До кольорових металів належать і сплави цих металів: різні бронзи (сплави міді з оловом та іншими металами, крім цинку), латуні, бабіти (сплави олова з сурмою і міддю) та ін.
Треба відзначити, що поділ на чорні і кольорові метали умовний, бо й серед кольорових металів трапляються метали чорніші, ніж «чорні метали», наприклад деякі свинцеві сплави.
Кольорові метали, у свою чергу, можна поділити на чотири групи: важкі, легкі, рідкісні і благородні метали (див. рис. 1).
До важких металів належать: мідь, нікель, свинець, олово, цинк, хром, марганець та їх сплави. Важкими їх називають тому, що вони мають порівняно високу питому вагу (питома вага—це вага одного кубічного сантиметра речовини). .
На рис. 2 наведена питома вага різних металів.
Легкі метали—метали з невеликою питомою вагою. Це алюміній, магній, літій, берилій та ін. Алюміній легший від заліза майже в 3 рази, а магній — в 4,5 раза. Найлегший з усіх металів — літій: він у 15 разів легший від заліза і майже в 2 рази легший від води.
Легкі метали стали відомими порівняно недавно: най-, старший із них-—берилій —був відкритий близько півтораста років тому. Алюміній і магній мають тепер надзвичайно важливе промислове значення. Без алюмінієвих і магнієвих сплавів важко уявити літакобудування. Легкі алюмінієві сплави потрібні для автомобільної, машинобудівної промисловості, для суднобудування.
Алюміній нерідко називають металом XX століття, його виробляють тепер величезну кількість. А років 50 тому його вважали дорогоцінним металом; у 1899 році великий російський вчений Д. І. Менделєєв під час свого перебування у Лондоні одержав від англійських учених подарунок—вагу, зроблену із золота і алюмінію.
Таких металів, як ванадій, цирконій, молібден, кобальт, телур, вольфрам, дуже мало в земній корі; тепер невідомо жодної руди, в тонні якої містилося б їх більше, ніж тисячні частки грама. Через те вони називаються рідкісними металами. Правда, цирконію і ванадію, наприклад, у земній корі значно більше, ніж добре всім відомого свинцю. Але цирконій і ванадій — більш розсіяні елементи, і добування їх із руд пов'язане з величезними труднощами.
В сучасній техніці значення рідкісних металів зростає з кожним роком. Вони використовуються головним чином Для виробництва легованих сталей та ївших цінних сплавів, потрібних для хімічної промисловості, електротехніки, радіотехніки і приладобудування.
Нарешті, остання група кольорових металів — б л а-городні метали: срібло, золото, платина, рутеній, паладій і деякі інші. Ці метали не окислюються на повітрі навіть при підвищеній температурі і не руйнуються від дії багатьох хімічних речовин. Використовують їх у приладобудуванні, в електроламповій промисловості, для виготовлення хімічної апаратури та ін.
Тепер у техніці застосовуються всі метали, що є в земній корі.
2. Сплави чорні i кольорові, деформовані й ливарні, їх структура, область використання
Основними матеріалами машинобудування є металеві сплави, які мають ряд переваг у порівнянні з чистими металами:
- більш високу міцність,
- здатність змінювати властивості при зміні хімічного складу,
- здатність поліпшувати властивості під впливом термічної обробки,
- більш низьку температуру плавлення,
- велику рідкотекучість у розплавленому стані
- меншу усадку.
3. Характеристика сталі, чавуну.