Особенности металлических сплавов

Классификация металлов

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.

Классификация веществ. Металлы | Химия 11 класс #20 | Инфоурок

Доклад Металлы сообщение

История человечества получила огромный толчок вперед, с тех времен, когда люди научились получать металлы.  В связи с этим нам сегодня известны этапы развития промышленности и науки, новые эры человечества. Данные материалы и сегодня используются во всех отраслях жизнедеятельности человека.

Металлы имеют множество свойств, которые также люди постигали на протяжении истории. Основные свойства это прочность и пластичность, также ковкость. Металлы могут пропускать через себя тепло  и электричество. Электропроводность зависит от температуры. Основа металлов это состав атомов и кристаллическая решетка. Металлы устроены так, что электроны могут осуществлять движение по всему металлу. Далее люди выяснили, что металлы также могут сплавляться друг с другом. В таком случае образуется сплав, основой которого являются несколько металлов.

Металлы можно разделить на два типа, которыми является черные металлы и цветные металлы. Сплавы из этих металлов можно  получать благодаря тому, что каждый из этих типов имеет множество разнообразных и уникальных свойств. Также существуют металлиды и интерметаллиды. К черным металлам относятся сталь, чугун, а также другие элементы, имеющие в основе своего строения железо. 

Цветные металлы включат в себя золото, платину, серебро. Также более редкие виды как титан и вольфрам. Более тяжелые как свинец, цинк и ртуть, а также легкие, как магний и алюминий.

В промышленности и других отраслях могут использовать многие из выше перечисленных металлов. А другие используют меньше или вообще нашли замену, ведь металл может быть очень редким или доступным в мизерном количестве. В изготовлении металлопроката в основном используют черный сплав, который пока является доступным и имеет довольно хорошие показатели при его эксплуатации. Из цветных металлов самый распространенный металл, который используется в промышленности это алюминий. Данные детали из алюминия используются во многих отраслях.

Сплавы и металлы, отличимые друг от друга. Это заметно по внешним признакам, но и не только. Также их можно различить по физическим свойствам.  К железным сплавам относят такие отличимые черты, как проводимость электричества и тепла, а также плавление при очень высокой температуре и намагничивание. Как уже сказано выше, электропроводность зависит от температуры, когда она падает, то одни из видов металлов могут получить электропроводность гораздо выше, чем при высокой температуре. Также разные металлы по-своему реагируют на окружающую их среду. То есть ржавчина по-разному может проявляться на разных видах металлов.

Что касается металлов относящихся к цветным, то их можно различать по прочности, твердости и пластичности. Электро и теплопроводность, а также плотность являются составляющими, которые помогают различить металлы по физическим характеристикам. Широкое распространение имеют алюминий, титан, бронза и латунь. Все эти металлы используются в производстве различных деталей и составляющих используемых в различных отраслях промышленности.

Если брать, в общем, то все металлы разделяют по их области применения и назначению. Существуют специально разработанные стандарты, которые называются ГОСТ.  Перед тем как выбрать тот или иной металл, следует тщательно разобраться в стандартах, чтоб понимать правильность выбора.

4, 7, 9 класс, кратко по химии

Физические свойства

Использование металлов в искусстве объясняется следующими свойствами:

  1. Кристаллическая плотная структура.
  2. Металлический блеск.
  3. Отличная электрическая проводимость.
  4. Ковкость.
  5. Теплопроводность.
  6. Невысокий потенциал ионизации (легкость отдачи электронов).

Использование металлов в искусстве – это интересный вопрос, который заслуживает детального изучения.

Не только чистые металлы, но и сплавы в настоящее время пользуются популярностью в искусстве и технике. Их подразделяют на две группы:

  • черные металлы (железо и его сплавы: сталь, чугун);
  • цветные металлы и их соединения.

В первой группе интерес представляют стали. В зависимости от легирующего элемента (добавки к железу), выделяют вольфрамовые, хромированные, никелированные стали. Они отличаются высокой прочностью, стойкостью к механическим деформациям, процессам коррозии. Это во многом объясняет использование металлов в искусстве. Сообщение по химии предполагает характеристику и особенностей группы цветных металлов. Пожалуй, наибольший интерес для художников и скульпторов представляют именно они. К примеру, сплав меди с оловом (бронзу) применяют при изготовлении скульптурных композиций, а для создания элементов декора выбирают латунь (сплав меди с цинком).

Золото, платина, серебро знакомы всем. Каково использование металлов в искусстве? В первую очередь, они применяются для изготовления ювелирных украшений, так как имеют отличные физические показатели.

Металлический блеск, обусловленный их способностью отражать от поверхности солнечные лучи, придает изделиям дополнительное очарование. Высокая электропроводность позволяет использовать металлы в технике. Среди важных физических характеристик, которые нельзя оставить без должного внимания, выделим ковкость, пластичность, прокатывание в листы. Все это возможно благодаря наличию «свободных» электронов в металлической кристаллической решетке.

Существует деление металлов по плотности на две группы: легкие (менее 5 г/мл), тяжелые (более 5 г/мл).

Категории черных вторичных металлов

К отходам черных металлов предъявляют определенные требования. Для отправки сплавов в сталеплавильные печи потребуются определенные операции по их обработке. Перед подачей заявки на перевозку отходов необходимо ознакомиться с ГОСТом черных металлов для определения его стоимости. Черный вторичный лом классифицируют на стальной и чугунный. Если в составе присутствуют легирующие добавки, то его относят к категории «Б». В категорию «А» включены углеродистые: сталь, чугун, присад.

Металлурги и литейщики из-за ограниченности первичной сырьевой базы проявляют активный интерес к вторичному сырью. Использование лома черных металлов вместо металлической руды — это ресурсное, а также энергосберегающее решение. Вторичный черный металл используют как охладитель конвертерной плавки.

Диапазон применения металлов невероятно широк. Черные и цветные неограниченно используются в строительной и машинной индустрии. Не обойтись без цветных металлов и в энергетической промышленности. Редкие и драгоценные идут на изготовление украшений. В искусстве и медицине находят применение как цветные, так и черные металлы. Невозможно представить жизнь человека без них, начиная от хозяйственных принадлежностей и до уникальных приборов и аппаратов.

Чтобы разобраться в классификации металлов, необходимо дать им определение. К металлам принято относить простые элементы, обладающие характерными признаками. Основополагающим признаком для них является отрицательный температурный коэффициент электрической проводимости. Это значит, что при повышении температуры, электрическая проводимость металлических проводников понижается, а при низких температурах, некоторые проводники наоборот переходят в состояние сверхпроводников. В то же время у неметаллов, этот коэффициент либо нейтрален, либо является положительным.

К числу второстепенных признаков следует относить металлический блеск, пластичность, высокую плотность, высокую температуру плавления, высокую теплопроводность и электропроводность. Кроме того большинство металлов в окислительно-восстоновительных реакциях выполняют роль восстановителя, то есть отдают свои электроны, а сами при этом окисляются. Но этот ряд признаков не является решающим, так как для многих химических элементов данного типа, они могут быть диаметрально противоположными. Более того, вероятно, любые неметаллы, при высоком давлении могут проявлять свойства металлов.

Чистые металлы встречаются в природе очень редко и на протяжении истории люди относили к металлам не только простые вещества, но руды и самородки, которые могут включать в себя другие химические элементы. Поэтому в более широком смысле к металлам относятся:

  • Очищенные от прочих включений металлы;
  • Сплавы;
  • Метллиды (сложные соединения, в том числе с неметаллами);
  • Интерметаллиды (соединения металлов, часто образующие очень прочные, тугоплавкие и твёрдые структуры).

Раскислители: виды и функции

В качестве раскислителей используют ферросилиций в количестве 0,12-0,3% по массе, ферромарганец, алюминий – до 0,1%, титан.

Негативное последствие раскисления – образование усадочной раковины больших размеров. Для ее удаления приходится отрезать от слитка спокойной стали до 16% по массе. Из-за такой потери металла, а также затрат на раскисляющие добавки стоимость спокойной стали существенно превышает цену кипящего металла.

Раскисляющие добавки, соединяясь со свободным кислородом, находящимся в сплаве, решают следующие задачи:

  • снижают негативное влияние свободного кислорода на формирующуюся структуру слитка;
  • поддерживают в течение длительного периода высокую температуру стали, что обеспечивает максимальное шлако- и газоудаление;
  • способствуют получению металла мелкозернистой, однородной структуры, поскольку образующиеся силикаты и алюминаты повышают число центров кристаллизации. Это обуславливает измельчение зерен и улучшает качество и механические характеристики металла.

Характеристика металлов

Металлы — это группа из более 90 простых веществ из периодической таблицы Менделеева. В природе они редко обнаруживаются в чистом виде, поэтому их чаще всего добывают из руды. Так называют вид полезных ископаемых, которые представляют собой соединение нескольких химических компонентов, вроде минералов и тех же самых металлов. Металлам характерны несколько свойств, по которым их разделяют по группам:

  • твердость — сопротивление к проникновению в материал другого, более твердого тела;
  • прочность — стойкость к разрушению под воздействием внешней нагрузки;
  • упругость — изменение формы материала под воздействием внешних сил и восстановление ее после того, как эти силы перестают на нее воздействовать;
  • пластичность — изменение формы материала под внешним воздействием и сохранение ее после устранения этого воздействия;
  • износостойкость — сохранение хорошего внешнего вида и физических свойств материала после сильного трения;
  • вязкость — способность материала вытягиваться под воздействием внешних сил;
  • усталость — свойство материала выдерживать многократные нагрузки;
  • жароустойчивость — сопротивление окислительным процессам при нагревании до высоких температур.

Недавно ученые создали улучшенный алюминиевый сплав 6063, который уничтожает бактерии. Считается, что из него можно будет изготавливать ручки дверей больниц и других общественных мест.

Сплавы металлов | Химическая энциклопедия

Большая часть получаемых в промышленных масштабах металлов используется для производства сплавов. Сплавы являются важным конструкционным материалом в промышленности, строительстве, машино- и авиастроении. Основная масса выплавляемых железа, титана, магния, алюминия используется на эти цели. Широкое применение во многих отраслях народного хозяйства металлы нашли во многом именно благодаря их способности образовывать сплавы при смешивании расплавленных металлов и последующем их затвердевании.

Очень ценным качеством сплавов является наличие у них свойств, которых нет ни у одного из компонентов сплава. Так, например, сплав золота с медью обладает значительной твердостью, хотя золото и медь представляют собой очень мягкие металлы.

Самое известное применение висмута — легкоплавкие сплавы на его основе. Чаще других используется сплав Вуда, массовая доля висмута в котором составляет 50 %, свинца — 25 %, олова — 12,5 % и кадмия — 12,5 %. Плавится этот сплав при 69 °С, хотя каждый из исходных металлов имеет значительно более высокую температуру плавления (Bi 271 °С, РЬ — 327 °С, Sn — 232 °С, Cd — 321 °С). Подобные сплавы применяют в качестве легкоплавких припоев, для изготовления предохранителей электрической аппаратуры.

Приведем состав некоторых из широко распространенных сплавов.

Чугун — сплав железа с углеродом (массовая доля более 2 %), содержащий небольшие количества кремния, марганца, фосфора, серы и др. По сравнению с чистым железом он обладает повышенной твердостью и высокой хрупкостью.

Сталь — сплав железа, в котором массовая доля углерода не превышает 2 %, содержащий также небольшие количества марганца, кремния, серы, фосфора и других примесей. Добавление в сталь вольфрама, ванадия, хрома, никеля и других металлов придает ей ряд очень ценных свойств (жаростойкость, устойчивость к коррозии, высокую твердость и др.).

Бронза — сплав меди с некоторыми другими металлами (оловом, алюминием, свинцом, кремнием и др.).

Латунь — сплав меди с цинком (массовая доля до 35 %). Обладает высокой пластичностью.

Нихром — сплав никеля, хрома, железа, марганца. Обладает высоким электрическим сопротивлением и высокой жаропрочностью.

Дуралюмин — сплав алюминия с небольшим количеством магния и меди.

Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосовать

Разновидности цветных металлов

Медь

Относится к группе тяжелых металлов. В исходном состоянии она пластичная, розовато-золотистого цвета. Отличается высокой электропроводностью, поэтому используется в электрике и электронике. Проста в обработке. Сплав меди с цинком – это латунь, с прочими металлами – бронза.

Цинк

Тяжелый сине-белый металл. Если чистый цинк взаимодействует с кислородом, на его поверхности появляется оксидная пленка. Очень востребован в разных областях промышленности.

Свинец

Тяжелый серый металл с высокой токсичностью. Легко плавится. После прокатки получаются тонкие листы. Активно используется при производстве автомобилей, оружия, в медицинской сфере. Применяется и при изготовлении топлива.

Олово

Тяжелый металл серого или белого цвета. В виде порошка быстро темнеет. Даже в холодном виде олово очень гибкое и пластичное, легко плавится. Для изготовления крепежей и фурнитуры используются сплавы олова с кадмием и висмутом.\

Магний

Относится к группе легких металлов. Серебристо-белый, высокая устойчивость к внешним факторам. Разрушается при нагреве до 600 градусов по Цельсию. Используется при строительстве транспортных средств, в военной промышленности.

Алюминий

Один из самых популярных легких металлов. Следует знать, что он плохо поддается сварке. Высокая электропроводимость, простой процесс обработки, низкая себестоимость. Используется в разных сферах промышленности.

Сурьма

Это представитель подгруппы малых цветных металлов. Сизо-белая, с синеватым оттенком. Легко крошится, используется в тандеме с другими металлами. Применяют сурьму и в медицинских целях.

Ртуть

Агрегатное состояние малого цветного металла – жидкое. Используется в медицинской отрасли и в промышленных целях.

Кадмий

Малый цветной металл белого цвета. Имеет характерный металлический отблеск. Можно легко разрезать ножом. В чистом виде очень токсичен.

Молибден

Легирующий мягкий серебристый металл. В чистом виде в природе не встречается. Легко обрабатывается, менее прочный, чем вольфрам. Применяют в ракетостроительной промышленности и авиации.

Вольфрам

Легирующий бело-серебристый металл, очень похож на платину. Плотный, туго плавится, используется в ювелирной отрасли, промышленности, медицине.\

Ванадий

Легирующий пластичный металл бело-серебристого цвета. Пластичный, используется чаще в составе сплавов. Устойчив к коррозии, повышает прочность других металлов.

Кобальт

Легирующий металл серебристого цвета, может иметь синеватый или желтоватый оттенок. Используется при изготовлении медицинского оборудования, инструментов.

Серебро

Благородный металл, который отличается высокой пластичностью. Не окисляется, имеет высокую электро- и теплопроводимость.

Золото

Благородный цветной металл, который не окисляется даже в расплавленном состоянии. Растворяется только в смеси азотной и соляной кислоты. Хорошо поддается обработке.

Платина

Благородный металл, используется в чистом виде и высоко ценится. Устойчива к внешним воздействиям и деформациям.

Тантал

Редкий цветной серебристый металл. Очень плотный и твердый, но обработке поддается хорошо. Основные сферы использования: ядерная, химическая промышленность, металлургия.

Ниобий

Редкий цветной металл с характерным стальным отблеском. Тугоплавкий, с высокими парамагнитными свойствами. Используют в радиоэлектронике и авиационной промышленности.

Никель

Тяжелый металл, серебристо-белый, очень пластичный. Входит в ряд сплавов, ферромагнетик. Прост в обработке, из никеля изготавливают спирали, трубы, листы и прочие элементы.

Титан

Несмотря на то, что титан – представитель группы легких металлов, он отличается высокой прочностью. Используется в чистом виде и в сплавах. Из титана изготавливают качественные механизмы и крепежи.

Общие сведения

Щелочные металлы находятся в I группе периодической таблицы Менделеева. Это мягкие одновалентные металлы серо-серебристого цвета с небольшой температурой плавления и невысокой плотностью. Проявляют единственную степень окисления +1, являясь восстановителями. Электронная конфигурация – ns1.

Рис. 1. Натрий и литий.

Общая характеристика металлов I группы приведена в таблице.

Список щелочных металлов

Формула

Номер

Период

пл., °C

кип., °C

ρ, г/см3

Литий

Li

3

2

180,5

1340

0,533

Натрий

Na

11

3

98

883

0,968

Калий

K

19

4

63,07

759

0,856

Рубидий

Rb

37

5

39,5

688

1,532

Цезий

Cs

55

6

28,4

671

1,90

Франций

Fr

87

7

20

690

1,87

Активные металлы быстро реагируют с другими веществами, поэтому в природе находятся только в составе минералов.

Классификация

Многообразие подобных материалов требует четкого разделения по характерным особенностям. Классификация твердых сплавов производится по таким признакам:

  • составу химических элементов (наименованию, процентному содержанию);
  • по технологии производства;
  • области применения.

По присутствующим химическим элементам их делят на следующие категории:

  • вольфрамокобальтовые (маркировка ВК);
  • титановольфрамокобальтовые (ТК);
  • титанотанталовольфрамокобальтовые (ТТК).

По применяемым технологиям получения разделяют на: спекаемые, литые, порошкообразные. Спекаемые, состоят из карбидов.  Делятся на три группы:

  • однокарбидные (карбид вольфрама);
  • двухкарбидные (включающие карбиды двух металлов: титана и вольфрама);
  • трехкарбидные (сваренные из трех элементов).

По процентному содержанию каждого элемента их делят на следующие группы.

К первой относятся материалы, состоящие из карбида вольфрама и кобальт. Они имеют обозначения ВК. К этой многочисленной группе относятся сплав: ВК4, ВК3М, ВК6М. очень популярным является твердый сплав ВК8 и ВК3. Расшифровывается ВК3 так же, как и все вольфрамовые сплавы.

Вторая объединяет титановольфрамовые сплавы. Имеет аббревиатуру ТК. К ней относятся: Т5К10, Т14К8.

Третья включает все титанотанталовольфрамовые сплавы. Обозначают ТТК. Например, ТТ7К12 и другие.

Четвертая, объединяет материалы, у которых имеется износостойкое покрытие. Они обозначаются аббревиатурой ВП. В нее входят: ВП3115, ВП3325. В основу каждого из них заложена основа известного сплава. Например, у ВПЗ115 основа – ВК6.

Вольфрамосодержащие твердые сплавы

Их маркируют следующим образом — ВК6, ВКЗМ, ВК6М, ВК8. Основной областью применения является изготовление режущего инструмента. Сплав ВК8 применяется для изготовления резцов.

Комплект наконечников ВК6

Он позволяет обрабатывать чугун. Используют для производства инструмента, способного осуществлять так называемую безстружковую обработку материалов.

Титановольфрамосодержащие твердые сплавы

Из марок Т5К10, Т14К8, Т15К6 изготавливают инструмент для высокоскоростной обработки различных видов стали. С их помощью обрабатывают металлы, различные соединения с повышенными показателями твердости и теплостойкости.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 10

Начать тест(новая вкладка)

Сталь.

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. См. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ.

Химические свойства и соединения

Водородные соединения неметаллов в основном являются летучими соединениями, в водных растворах имеющими кислотный характер. Они имеют молекулярные структуры, ковалентную полярную связь. Некоторые из них (вода, аммиак, фтороводород) образуют водородные связи. Соединения образуются при непосредственном взаимодействии неметаллов с водородом. Электронная формула серы с водородом выглядит следующим образом:

S+H2 =H2 S (до 350 градусов равновесие смещено вправо)

Все водородные соединения – восстановители (кроме HF), причем их восстановительная сила возрастает справа налево по периоду и сверху вниз по подгруппе.

Неметаллы взаимодействуют с металлами и другими неметаллами:

2Na+Cl2 =2NaCl

В результате получается натриевая соль соляной кислоты

Рис. 3. натриевая соль соляной кислоты.

S+O2 =SO2

соединения неметаллов с кислородом, как правило, являются кислотными оксидами, которым соответствуют кислородосодержащие кислоты. Структура оксидов типичных неметаллов молекулярная (SO3, P4 O10). Чем выше степень окисления неметалла, тем сильнее соответствующая оксокислота. Так, хлор непосредственно не взаимодействует с кислородом, однако образует ряд оксокислот, которым соответствуют оксиды, ангидриды этих кислот.

Неметаллы находят применение в разных отраслях промышленности. Вот список отраслей, где их использование является наиболее востребованным.

Область применения Примеры, перечень неметаллов, применяемых в той или иной промышленности
промышленность Сера, азот и фосфор часто используют для получения кислот. Серу также используют на производстве резины.
транспорт важным неметаллом в транспортной промышленности является водород. Его используют в качестве топлива. При сгорании такой вид топлива не загрязняет окружающую среду.
аграрная отрасль сера используется для борьбы с вредными насекомыми и болезнями растений
медицина Кислород используют для восстановления дыхания (кислородные подушки), уголь в форме активированного угля, который способен выводить из организма вредные вещества.
пищевая промышленность азот используют для продления срока годности продуктов

Что мы узнали?

В этой статье за 9 класс химии кратко излагается основная информация о неметаллах, их строении, и о том, с чем реагируют неметаллы. Неметаллами могут быть газы, жидкости и твердые вещества с кристаллической решеткой. Самым активным неметаллом является фтор, который имеет степень окисления-1.

  1. Вопрос 1 из 10

Начать тест(новая вкладка)

Main menu

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий