Какая наука изучает металлы
Обновлено: 05.07.2024
ХИМИЯ, наука о химических элементах, их соединениях и превращениях, происходящих в результате химических реакций. Она изучает, из каких веществ состоит тот или иной предмет; почему и как ржавеет железо, и почему олово не ржавеет; что происходит с пищей в организме; почему раствор соли проводит электрический ток, а раствор сахара – нет; почему одни химические изменения происходят быстро, а другие – медленно. Главная задача химии – выяснение природы вещества, главный подход к решению этой задачи – разложение вещества на более простые компоненты и синтез новых веществ. Используя этот подход, химики научились воспроизводить множество природных химических субстанций и создавать материалы, не существующие в природе. На химических предприятиях уголь, нефть, руды, вода, кислород воздуха превращаются в моющие средства и красители, пластики и полимеры, лекарства и металлические сплавы, удобрения, гербициды и инсектициды и т.д. Живой организм тоже можно рассматривать как сложнейший химический завод, на котором тысячи веществ вступают в точно отрегулированные химические реакции.
ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ
Элементы
Исследование сложного вещества начинается с попыток разложить его на более простые. Простейшая форма материи, в которой сохраняется определенная совокупность физических и химических свойств, называется химическим элементом. Химические элементы – это частицы вещества, представляющие собой совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Водород, кислород, хлор, натрий, железо – все это элементы. Элемент нельзя разложить на более простые составляющие обычными методами: с помощью тепла, света, электричества или под действием другого вещества. Для этого нужны колоссальное количество энергии, специальное оборудование (например, ускоритель частиц) или высокие температуры, сравнимые с температурами в недрах Солнца. Из 109 известных элементов в природе существует девяносто два элемента, остальные получены искусственно. Все они систематизированы в периодической таблице элементов, где каждому элементу соответствует свой порядковый номер, называемый атомным номером (см. ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ; ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ). В табл. 1 перечислены первые 103 элемента в алфавитном порядке. Из этого ограниченного набора элементов и состоят миллионы химических веществ.
| Элемент | Символ | Атомный номер | Атомная масса |
| Азот | N | 7 | 14,0067 |
| Актиний | Ac | 89 | (227) |
| Алюминий | Al | 13 | 26,98154 |
| Америций | Am | 95 | (243) |
| Аргон | Ar | 18 | 39,948 |
| Астат | At | 85 | (210) |
| Барий | Ba | 56 | 137,33 |
| Бериллий | Be | 4 | 9,01218 |
| Берклий | Bk | 97 | (247) |
| Бор | B | 5 | 10,811 |
| Бром | Br | 35 | 79,904 |
| Ванадий | V | 23 | 50,9415 |
| Висмут | Bi | 83 | 208,9804 |
| Водород | H | 1 | 1,0079 |
| Вольфрам | W | 74 | 183,85 |
| Гадолиний | Gd | 64 | 157,25 |
| Галлий | Ga | 31 | 69,723 |
| Гафний | Hf | 72 | 178,49 |
| Гелий | He | 2 | 4,0026 |
| Германий | Ge | 32 | 72,59 |
| Гольмий | Ho | 67 | 164,9304 |
| Диспрозий | Dy | 66 | 162,50 |
| Европий | Eu | 63 | 151,96 |
| Железо | Fe | 26 | 55,847 |
| Золото | Au | 79 | 196,9665 |
| Индий | In | 49 | 114,82 |
| Иод | I | 53 | 126,9045 |
| Иридий | Ir | 77 | 192,22 |
| Иттербий | Yb | 70 | 173,04 |
| Иттрий | Y | 39 | 88,9059 |
| Кадмий | Cd | 48 | 112,41 |
| Калий | K | 19 | 39,0983 |
| Калифорний | Сf | 98 | (251) |
| Кальций | Ca | 20 | 40,078 |
| Кислород | O | 8 | 15,9994 |
| Кобальт | Co | 27 | 58,9332 |
| Кремний | Si | 14 | 28,0855 |
| Криптон | Kr | 36 | 83,80 |
| Ксенон | Xe | 54 | 131,29 |
| Кюрий | Cm | 96 | (247) |
| Лантан | La | 57 | 138,9055 |
| Лоуренсий | Lr | 103 | (260) |
| Литий | Li | 3 | 6,941 |
| Лютеций | Lu | 71 | 174,967 |
| Магний | Mg | 12 | 24,305 |
| Марганец | Mn | 25 | 54,9380 |
| Медь | Cu | 29 | 63,546 |
| Менделевий | Md | 101 | (258) |
| Молибден | Mo | 42 | 95,94 |
| Мышьяк | As | 33 | 74,9216 |
| Натрий | Na | 11 | 22,98977 |
| Неодим | Nd | 60 | 144,24 |
| Неон | Ne | 10 | 20,179 |
| Нептуний | Np | 93 | 237,0482 |
| Никель | Ni | 28 | 58,69 |
| Ниобий | Nb | 41 | 92,9064 |
| Нобелий | No | 102 | (259) |
| Олово | Sn | 50 | 118,710 |
| Осмий | Os | 76 | 190,2 |
| Палладий | Pd | 46 | 106,42 |
| Платина | Pt | 78 | 195,08 |
| Плутоний | Pu | 94 | (244) |
| Полоний | Po | 84 | (209) |
| Празеодим | Pr | 59 | 140,9077 |
| Прометий | Pm | 61 | (145) |
| Протактиний | Pa | 91 | 231,0359 |
| Радий | Ra | 88 | 226,0254 |
| Радон | Rn | 86 | (222) |
| Рений | Re | 75 | 186,207 |
| Родий | Rh | 45 | 102,9055 |
| Ртуть | Hg | 80 | 200,59 |
| Рубидий | Rb | 37 | 85,4678 |
| Рутений | Ru | 44 | 101,07 |
| Самарий | Sm | 62 | 150,36 |
| Свинец | Pb | 82 | 207,2 |
| Селен | Se | 34 | 78,96 |
| Сера | S | 16 | 32,066 |
| Серебро 2) | Ag | 47 | 107,8682 |
| Скандий | Sc | 21 | 44,9559 |
| Стронций | Sr | 38 | 87,62 |
| Сурьма | Sb | 51 | 121,75 |
| Таллий | Tl | 81 | 204,383 |
| Тантал | Ta | 73 | 180,9479 |
| Теллур | Te | 52 | 127,60 |
| Тербий | Tb | 65 | 158,9254 |
| Технеций | Tc | 43 | [97] |
| Титан | Ti | 22 | 47,88 |
| Торий | Th | 90 | 232,0381 |
| Тулий | Tm | 69 | 168,9342 |
| Углерод | C | 6 | 12,011 |
| Уран | U | 92 | 238,0289 |
| Фермий | Fm | 100 | (257) |
| Фосфор | P | 15 | 30,97376 |
| Франций | Fr | 87 | (223) |
| Фтор | F | 9 | 18,998403 |
| Хлор | Cl | 17 | 35,453 |
| Хром | Cr | 24 | 51,9961 |
| Цезий | Cs | 55 | 132,9054 |
| Церий | Ce | 58 | 140,12 |
| Цинк | Zn | 30 | 65,39 |
| Цирконий | Zr | 40 | 91,224 |
| Эйнштейний | Es | 99 | (252) |
| Эрбий | Er | 68 | 167,26 |
| 1) В расчете на атомную массу изотопа углерода 12 С, равную 12,0000. В круглых скобках указано массовое число наиболее долгоживущего нуклида. 2) См. также АТОМНАЯ МАССА. | |||
Соединения
Элементы, соединяясь друг с другом, образуют сложные вещества – химические соединения. Соль, вода, ржавчина, каучук – это примеры соединений. Соединение состоит из элементов, но обычно по своим свойствам и внешнему виду не напоминает ни один из них. Так, ржавчина образуется при взаимодействии газа – кислорода с металлом – железом, а сырьем для получения многих волокон служат уголь, вода и воздух. Именно индивидуальность свойств – одна из черт, отличающих соединение от простой смеси. Другая, и наиболее важная, характеристика соединения заключается в том, что элементы всегда соединяются между собой в определенных массовых соотношениях. Например, вода состоит из 2,016 массовых частей водорода и 16,000 массовых частей кислорода. Массовое соотношение между водородом и кислородом в водах Волги и льдах Антарктики одинаково и равно 1:8. Иными словами, каждое химическое соединение имеет вполне определенный состав, т.е. всегда содержит одни и те же элементы в одних и тех же массовых соотношениях. Это один из основных химических законов – закон постоянства состава.
Многие элементы образуют несколько соединений. Так, помимо воды известно еще одно соединение водорода и кислорода – пероксид водорода, который состоит из 2,016 частей водорода и 32 частей кислорода. Здесь водород и кислород находятся в массовом соотношении 1:16, что ровно вдвое отличается от их соотношения в воде. Этот пример иллюстрирует закон кратных соотношений: если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массовые количества одного элемента, соединяющиеся с одним и тем же массовым количеством другого, относятся между собой как небольшие целые числа.
Атомы и молекулы
Понятия атомов и молекул – основные в химии. Атом – это мельчайшая частица элемента, обладающая всеми его свойствами, а молекула – мельчайшая частица соединения, обладающая его свойствами и способная к самостоятельному существованию. Атомистическая идея восходит к 6–5 вв. до н.э. и принадлежит древнегреческим философам Левкиппу и его ученику Демокриту. По их представлениям, вещество состоит из мельчайших неделимых частиц – атомов, созданных из одного и того же первичного материала. Правда, ни один из этих философов не определил, что это за материал. Впоследствии атомную теорию развил другой греческий философ, Эпикур (4–3 вв. до н.э.). Он утверждал, что атомы обладают весом и перемещаются в горизонтальном и вертикальном направлениях, взаимодействуя друг с другом. Аналогичные идеи высказывал римский поэт Лукреций в 1 в. до н.э., наблюдавший за пылинками, которые танцуют в солнечном луче. Наконец, в 1804–1810 английский химик и физик Дж.Дальтон разработал атомную теорию, которая включала законы кратных соотношений и постоянства состава. Однако убедительные доказательства существования атомов были получены только в 20 в. Когда Лукреций утверждал, что пылинки подталкиваются невидимыми потоками движущихся атомов, он был не так уж далек от истины: их танец действительно могут вызывать воздушные течения, но даже в неподвижном воздухе частички пыли или дыма находятся в постоянном движении. Этот эффект называют броуновским движением (см. также БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ). Спустя два тысячелетия после Лукреция французский ученый Ж.Перрен, вооруженный микроскопом и математической теорией, изучил случайные блуждания суспендированных частичек краски и рассчитал число невидимых молекул, чьи удары заставляли их двигаться. После того, как атомы и молекулы удалось сосчитать, само их существование стало гораздо более убедительным.
Строение атома
Согласно современным представлениям, атом содержит центральное ядро, размеры которого очень малы по сравнению с атомом в целом. Ядро несет положительный электрический заряд и окружено диффузной оболочкой (облаком) из отрицательно заряженных электронов, которая и определяет размер атома. Диаметр атома – ок. 10 –8 см, диаметр ядра в 10 000 раз меньше и равен примерно 10 –12 см. У простейшего из атомов – атома водорода – в ядре всего одна частица – протон. Ядро атомов других элементов содержит более одного протона, а также нейтроны – частицы, близкие к протонам по массе, но не имеющие электрического заряда. Заряд ядра называют его атомным (или порядковым) номером. Атомный номер равен числу протонов в ядре и определяет химическую природу элемента. Так, атом с зарядом ядра +26 содержит 26 протонов в ядре и представляет собой элемент железо. Ядро атома железа окружают 26 электронов, поэтому атом в целом электронейтрален.
Суммарное число протонов и нейтронов в ядре называют массовым числом, поскольку в этих частицах сосредоточена практически вся масса атома. Число нейтронов, содержащихся в ядрах атомов данного элемента, в отличие от числа протонов, может варьировать. Атомы одного элемента, ядра которых содержат разное число нейтронов, называют изотопами. Слово «изотоп» греческого происхождения; оно означает «одно и то же место» – разные изотопы элемента занимают одну и ту же позицию в периодической таблице Менделеева (см. также ИЗОТОПЫ) и обладают очень близкими химическими свойствами. Так, у водорода (массовое число 1) есть изотоп дейтерий, в ядре которого один протон и один нейтрон (массовое число соответственно равно 2). Оба изотопа вступают в одни и те же химические реакции, но не всегда одинаково легко.
Термин «атомная масса» означает массу атома элемента, выраженную в единицах массы атома изотопа углерода 12 С, которую принято считать равной его массовому числу – 12,0000 (атомная масса изотопа близка к его массовому числу, но не равна ему, поскольку при образовании атомного ядра часть массы теряется в виде энергии). До 1961 атомные массы элементов определяли относительно среднего массового числа для смеси изотопов кислорода, равного 16,0000. Атомная масса элемента, существующего в природе в виде смеси изотопов, – это средняя величина атомных масс всех изотопов с учетом их распространенности в природе (см. также АТОМНАЯ МАССА). Молекулярная масса равна сумме масс атомов элементов, составляющих молекулу. Например, мол. масса воды равна сумме 2 · 1,008 (два атома водорода) + 16,0000 (один атом кислорода), т.е. 18,016.
Электронное облако
Физические и химические свойства атомов, а следовательно, и вещества в целом во многом определяются особенностями электронного облака вокруг атомного ядра. Положительно заряженное ядро притягивает отрицательно заряженные электроны. Электроны вращаются вокруг ядра так быстро, что точно определить их местонахождение не представляется возможным. Движущиеся вокруг ядра электроны можно сравнить с облаком или туманом, в одних местах более или менее плотным, в других – совсем разреженным. Форму электронного облака, а также вероятность нахождения электрона в любой его точке можно определить, решив соответствующие уравнения квантовой механики (см. также КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА). Области наиболее вероятного нахождения электронов называют орбиталями. Каждая орбиталь характеризуется определенной энергией, и на ней может находиться не более двух электронов. Обычно вначале заполняются ближайшие к ядру самые низкоэнергетические орбитали, затем орбитали с более высокой энергией и т.д.
Совокупность электронных орбиталей с близкой энергией образует слой (т.е. оболочку, или энергетический уровень). Энергетические уровни нумеруют, начиная от ядра атома: 1, 2, 3, . . Чем дальше от ядра, тем просторнее слои и тем больше орбиталей и электронов они могут вместить. Так, на n-м уровне n 2 орбиталей, и на них могут располагаться до 2n 2 электронов. У известных элементов электроны находятся только на первых семи уровнях, и лишь первые четыре из них бывают заполненными.
Существует четыре типа орбиталей, их обозначают s, p, d и f. На каждом уровне (слое) имеется одна s-орбиталь, которая содержит наиболее прочно связанные с ядром электроны. За ней следуют три p-орбитали, пять d-орбиталей и, наконец, семь f-орбиталей.
Металловедение
Металловедение — наука, которая изучает строение, свойства металлов, устанавливает связь между химическим составом, структурой и свойствами металлов, а также закономерности изменения структуры и свойств под воздействием внешних факторов.
Основана на теоретическом и экспериментальном изучении физики металлов, химически-структурных методах анализа твёрдого тела, а также на термодинамических и кинетических концепциях.
История науки
Первые опыты по травлению стали предпринял Реомюр (1683—1757 гг.). Ринман в 1774 г. путем травления сталей нашел связь между их структурой и свойствами. В России дальнейшие работы по установлению связи между строением стали и её свойствами были проведены П. П. Аносовым. Основы научного металловедения были заложены металлургом Д. К. Черновым, который за свои работы был назван «отцом металлографии». В развитие металловедения большой вклад внесли работы Ф. Осмонда, У. Юм-Розери, Н. Ф. Мотта, Ф. Зейтца, Э. Бейна и других.
Литература
- Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева Материаловедение. — М .: Машиностроение, 1990.
- Металловедение
- Металлургия
- Материаловедение
- Технологии машиностроения
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Металловедение" в других словарях:
металловедение — металловедение … Орфографический словарь-справочник
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ — наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами металлических материалов, закономерности их изменений при механических, тепловых, химических и др. видах воздействия. Научная основа получения металлических материалов с заданными… … Большой Энциклопедический словарь
металловедение — Наука о строении и св вах металлов и сплавов. Осн. задачи м.: создание сплавов с зад. комплексом св в; установл. закономерностей формиров. структуры и св в изделий при их отливке, обработке давлением, термообработке и др. способах обработки;… … Справочник технического переводчика
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ — МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, наука, изучающая связь между составом, структурой и свойствами металлических материалов, их изменения при тепловых, деформационных и физико химических воздействиях. Научная основа изыскания составов, способов изготовления и… … Современная энциклопедия
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ — МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, я, ср. Наука о строении и физических свойствах металлов и сплавов. | прил. металловедческий, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
металловедение — сущ., кол во синонимов: 1 • материаловедение (7) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Металловедение — МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, наука, изучающая связь между составом, структурой и свойствами металлических материалов, их изменения при тепловых, деформационных и физико химических воздействиях. Научная основа изыскания составов, способов изготовления и… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ — наука о взаимосвязи состава, строения и свойств (см.) и (см.), о закономерности их изменения при различных внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом, радиационном и др.), а также о методах их испытаний … Большая политехническая энциклопедия
металловедение — я; ср. Наука, изучающая строение и свойства металлов и сплавов, их изменения при различных внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом и т.п.). Курс металловедения. * * * металловедение наука, изучающая связь между составом,… … Энциклопедический словарь
Металловедение — наука, изучающая связи состава, строения и свойств металлов и сплавов, а также закономерности их изменения при тепловых, механических, физико химических и др. видах воздействия. М. научная основа изысканий состава, способов изготовления и … Большая советская энциклопедия
наука, изучающая связи состава, строения и свойств металлов и сплавов, а также закономерности их изменения при тепловых, механических, физико-химических и др. видах воздействия. М. — научная основа изысканий состава, способов изготовления и обработки металлических материалов с разнообразными механическими, физическими и химическими свойствами. Уже народам древнего мира было известно получение металлических сплавов (бронзы (См. Бронза) и др.), а также повышение твёрдости и прочности стали посредством закалки (См. Закалка). Как самостоятельная наука М. возникло и оформилось в 19 в., вначале под названием металлографии (См. Металлография). Термин «М.» введён в 20-х гг. 20 в. в Германии, причём было предложено сохранить термин «металлография» только для учения о макро- и микроструктуре металлов и сплавов. Во многих странах М. по-прежнему обозначают термином «металлография», а также называют «физической металлургией». Возникновение М. как науки было обусловлено потребностями техники. В 1831 П. П. Аносов, разрабатывая способ получения Булата, изучал под микроскопом строение отполированной поверхности стали, предварительно протравленной кислотой. В 1864 Г. К. Сорби произвёл подобные же исследования микроструктуры железных метеоритов и образцов стали, применив при этом микрофотографию. В 1868 Д. К. Чернов указал на существование температур, при которых сталь претерпевает превращения при нагревании и охлаждении (критические точки). Эти температуры измерил Ф. Осмонд (1888) при помощи термоэлектрического термометра, изобретённого А. Ле Шателье. У. Робертс-Остен (Великобритания) исследовал методами термического анализа (См. Термический анализ) и микроструктуры нескольких двойных металлических систем, в том числе Железоуглеродистые сплавы (1897). Его результаты критически пересмотрел в 1900 с точки зрения фаз правила (См. Фаз правило), теоретически выведенного Дж. У. Гиббсом (1873—76), Г. В. Розебом. Ле Шателье значительно улучшил технику изучения микроструктуры. Н. С. Курнаков сконструировал самопишущий пирометр (1903) и на основе изучения ряда металлических двойных систем совместно с сотрудниками (С. Ф. Жемчужным (См. Жемчужный), Н. И. Степановым, Г. Г. Уразовым и др.) установил закономерности, явившиеся основой учения о сингулярных точках и физико-химического анализа. С 1903 диаграммы состояния металлических сплавов изучал Г. Тамман с сотрудниками. В России А. А. Байков исследовал явления закалки сплавов (1902), значительно улучшил методику М. введением автоматической записи дифференциальных кривых нагревания и охлаждения (1910) и травления микрошлифов при высокой температуре (1909). Байков основал в Петербургском политехническом институте первую в России учебную лабораторию М., в которой работали Н. Т. Гудцов, Г. А. Кащенко, М. П. Славинский, В. Н. Свечников и др. Пионерами применения М. в заводской практике были А. А. Ржешотарский, создавший лабораторию М. на Обуховском заводе (1895), и Н. И. Беляев, основавший такую же лабораторию на Путиловском заводе (1904). В 1908 А. М. Бочвар организовал в Высшем техническом училище первую в Москве металлографическую лабораторию, в которой работали И. И. Сидорин, А. А. Бочвар, С. М. Воронов и др. специалисты в области М. цветных металлов.
В 1918 А. Портевен и М. Гарвен (Франция) установили зависимость критических точек стали от скорости охлаждения. С 1929—30 начались исследования превращений в стали в изотермических условиях (Э. Давеппорт и Э. Бейн, Р. Мейл в США, С. С. Штейнберг, Н. А. Минкевич в СССР, Ф. Вефер в Германии и др.). Одновременно развивалась физическая теория кристаллизации (См. Кристаллизация) металлов, экспериментальные основы которой были заложены в начале 20 в. Тамманом (Я. И. Френкель, В. И. Данилов в СССР, М. Фольмер в Германии, И. Странский в Болгарии).
Исключительную роль в развитии М. играл начиная с 20-х гг. 20 в. Рентгеноструктурный анализ, который позволил определить кристаллическую структуру различных фаз, описать её изменения при фазовых переходах (См. Фазовый переход), термической обработке (См. Термическая обработка) и деформации (См. Деформация) (структуру Мартенсита, изменения структуры твёрдых растворов при их распаде и т.д.). В этой области важнейшее значение имели работы Г. В. Курдюмова, С. Т. Конобеевского (См. Конобеевский), Н. В. Агеева и др., а за рубежом — А. Вестгрена (Швеция), У. Юм-Розери (Великобритания), У. Делингера, В. Кёстера (Германия) и др. Курдюмов, в частности, разработал теорию закалки и отпуска стали и исследовал основные типы фазовых превращений в твёрдом состоянии («нормальные» и мартенситные). В 20-х гг. А. Ф. Иоффе и Н. Н. Давиденков положили начало теории прочности (См. Прочность) кристаллов. Теория фазовых превращений, изучение атомно-кристаллического и электронного строения металлов и сплавов, природы механических, тепловых, электрических и магнитных свойств металлов были новыми этапами в истории М. как пограничной науки между физической химией и физикой твёрдого тела (см. Металлофизика).
Развитие М. во 2-й половине 20 в. характеризуется значительным расширением методических возможностей. Кроме рентгеноструктурного анализа, для изучения атомнокристаллического строения металлов применяют электронную микроскопию (См. Электронная микроскопия), которая позволяет изучать локальные изменения строения сплавов, взаимное расположение структурных составляющих и несовершенства кристаллического строения (см. Дефекты в кристаллах). Существенное значение имеют методы электронной дифракции, нейтронографии (См. Нейтронография), радиоизотопных индикаторов, внутреннего трения, микрорентгеноспектрального анализа, калориметрии (См. Калориметрия), магнитометрии и др.
М. условно разделяется на теоретическое, рассматривающее общие закономерности строения и процессов, происходящих в металлах и сплавах при различных воздействиях, и прикладное (техническое), изучающее основы технологических процессов обработки (термическая обработка, литьё, обработка. давлением) и конкретные классы металлических материалов.
Основные разделы теоретического М.: теория металлического состояния и физических свойств металлов и сплавов, кристаллизация, фазовые равновесия в металлах и сплавах, диффузия в металлах и сплавах, фазовые превращения в твёрдом состоянии, физическая теория процессов пластической деформации, упрочнения, разрушения и рекристаллизации. Содержание теоретического М. в значительной мере связано с металлофизикой.
Теория металлического состояния рассматривает металл как совокупность электронов, движущихся в периодическом поле положительных ионов (см. Металлы). На основе учёта сил межатомного взаимодействия оценена теоретическая прочность металлических монокристаллов, которая в 100—1000 раз больше практической. Электрическое сопротивление металлов рассматривается как следствие нарушений идеального расположения атомов в кристаллической решётке, обусловленных её колебаниями, наличием статических дефектов и примесей. В зависимости от особенностей межатомного взаимодействия возникают различные фазы: упорядоченные твёрдые растворы, электронные соединения, фазы внедрения, сигма-фазы и т.д. Развитие электронной теории металлов и сплавов сыграло большую роль в создании сплавов с особыми физическими свойствами (сверхпроводящих, магнитных и др.).
Кристаллизация металлов характеризуется большими значениями скорости зарождения центров кристаллизации и скорости роста кристаллов при малом интервале переохлаждений, в котором происходит затвердевание. Строение реального металлического слитка определяется закономерностями кристаллизации, условиями теплоотвода, а также влиянием примесей. Механизм эвтектической кристаллизации сплавов был изучен А. А. Бочваром (1935).
Один из важнейших разделов теоретического М. — изучение фазовых равновесий в сплавах. Построены диаграммы состояния (См. Диаграмма состояния) для многих двойных, тройных и более сложных систем и установлены температуры фазовых переходов. При определённых условиях (например, быстром охлаждении) могут возникать метастабильные состояния с относительным, при данных термодинамических условиях, минимумом свободной энергии. Наиболее важные примеры таких состояний — Мартенсит стали и пересыщенные твёрдые растворы металлов (например, Al — Cu). Кинетика фазовых превращений и условия возникновения метастабильных состояний определяются степенью отклонения системы от равновесия, подвижностью атомов (характеристики диффузии (См. Диффузия)), структурным и химическим соответствием возникающих и исходных фаз.
Превращения в твёрдом состоянии (фазовые превращения) в условиях сильного межатомного взаимодействия в кристаллических фазах сопровождаются возникновением полей напряжений. При некоторых условиях и наличии полиморфных модификаций (см. Полиморфизм) наблюдается упорядоченная перестройка кристаллической решётки на границе фаз (Мартенситное превращение). В области температур, при которых быстро происходят релаксационные процессы, образование кристаллов новой фазы может протекать путём неупорядоченных диффузионных переходов отдельных атомов («нормальное» превращение). Для М. железных сплавов большое значение имеют кинетические диаграммы превращений Аустенита. В металлических сплавах часто протекают процессы распада пересыщенных твёрдых растворов. Во многих случаях наиболее существенные изменения свойств происходят до возникновения при распаде второй фазы. Рентгенографические исследования показали, что эти изменения связаны с процессами перераспределения атомов в решётке матрицы, образованием обогащенных зон внутри матрицы (см. Старение металлов). Равновесия и кинетика фазовых превращений могут в значительной мере изменяться в результате воздействия высоких давлений. В связи с проявлением сил химического взаимодействия между атомами различных элементов в ненасыщенных твёрдых растворах могут также происходить процессы перераспределения атомов элементов. Упорядоченное расположение атомов в определённых узлах кристаллической решётки возникает в твёрдых растворах замещения (например, Cu — Al) и внедрения (мартенсит, Ta — О и т.д.). В некоторых случаях появляются внутрифазовые неоднородности — сегрегации.
Важное значение для развития М. имеет физическая теория пластической деформации и дефектов кристаллического строения. Расхождение между теоретически вычисленными и наблюдаемыми на опыте значениями прочности привело в 1933—34 к предположению о наличии в кристаллах особых дефектов (несовершенств) — дислокаций (См. Дислокации), перемещение которых под действием сравнительно малых сил осуществляет пластическую деформацию. Экспериментальные исследования, проведённые различными методами и особенно дифракционной электронной микроскопией тонких фольг, подтвердили наличие дислокаций. Методы внутреннего трения и др. позволили выяснить роль точечных дефектов (вакансий (См. Вакансия)). Наличие вакансий влияет на физические свойства кристаллов и играет важную роль в диффузионных процессах при термообработке, отдыхе металлов (См. Отдых металлов), рекристаллизации металлов (См. Рекристаллизация), спекании и т.д. Изучение свойств бездефектных нитевидных кристаллов (См. Нитевидные кристаллы) доказало правильность теоретической оценки прочности. В практически важных случаях повышение прочности достигается увеличением плотности дислокаций (например, пластической деформацией, мартенситным превращением при закалке или их сочетанием). Примеси могут скапливаться у дислокаций и блокировать их. Одно из наиболее ярких проявлений влияния реальной структуры на процессы в металлах и сплавах — различия в скорости диффузии и распределении элементов по границам и объёму поликристаллов. В некоторых случаях очень малые примеси изменяют скорость граничной диффузии. Поскольку многие процессы распада твёрдых растворов начинаются преимущественно в приграничных областях, малые примеси могут существенно изменять кинетику этих процессов и конечную структуру. Взаимодействие дислокации с примесями внедрения (в железе — углерод и азот) — одна из главных причин хладноломкости (См. Хладноломкость) металлов с объёмноцентрированной кубической решёткой. Движением и взаимодействием дислокаций определяется протекание упрочнения (См. Упрочнение) металлов, разупрочнения, ползучести (См. Ползучесть), полигонизации, рекристаллизации и др. процессов. Наиболее эффективные средства изменения структуры и свойств металлических материалов — Легирование, термическая обработка, поверхностное упрочнение, Химико-термическая обработка, Термомеханическая обработка.
Содержанием прикладного (технического) М. является изучение состава, структуры, процессов обработки и свойств различных конкретных классов металлических материалов (например, железоуглеродистых сплавов, конструкционной стали, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов, алюминиевых сплавов, магниевых сплавов, металлокерамики). В связи с развитием новых областей техники возникли задачи изучения поведения металлов и сплавов при радиационных воздействиях, весьма низких температурах, высоких давлениях и т.д.
Лит.: Бунин К. П., Железоуглеродистые сплавы, К. — М., 1949; физические основы металловедения, М., 1955; Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; Лившиц Б. Г., Металлография, М., 1963; Физическое металловедение, пер с англ., в. 1—3, М. 1967—68.
Металловедение [physical metallurgy] — наука о строении и свойствах металлов и сплавов. Основные задачи металловедения: создание сплавов с заданным комплексом свойств; установление закономерностей формирования структуры и свойств изделий при их отливке, обработке давлением, термообработке и других способах обработки; установлен закономерностей изменений структуры и свойств металлических материалов при эксплуатации изделий. Главное в металловедении — учение о связи практически важных свойств металлических материалов с их химическим составом и строением (структурой). Становление металловедения как науки произошло во 2-й половине XIX в. Начальник златоустовских оружейных заводов П. П. Аносов, работая над раскрытием тайны булатных клинков, в 1831 г. впервые в истории металлургии применил микроскоп для изучения строения стали. Английский петрограф Г. Сорби использовал в 1864 г. микроскоп для изучения строения железных метеоритов. Эти работы положили начало микроструктурному анализу металлов. Великий русский металлург Д. К. Чернов (1839 — 1921 гг.) открыл в 1868 г. критические точки (температуры превращения) в стали и связал с ними выбор режима термообработки для получения необходимой структуры и свойств. Это открытие оказало определяющее влияние на последующее становление и развитие науки о металлах. Французский инженер Ф. Осмонд применил изобретенную Ле-Шателье Pt|Rh-Pt термопару для установления критических точек Чернова в сталях методом термического анализа (по появлению тепловых эффектов превращения) и использовал изобретенный Ле-Шателье специализированный металл-микроскоп для выявления в отраженном свете структурных составляющих в сталях. К 90-м гг. XIX в. закончился подготовительный период в развитии металловедения. В 1892 г. Ф. Осмонд предложил называть новую науку, описывающую строение металлов и сплавов, металлографией. Последние годы XIX в. и первые два 10-летия XX в. являются периодом классической металлографии, главными методами которой были микроструктурный и термические анализы. С 1920-х гг., все шире используется рентгеноструктурный анализ для изучения атомно-кристаллического строения металлов и разнообразия фаз в металлических сплавах, а также механизма структурного измения в металлических материалах при разного вида обработках. К началу 30-х г.г. содержание науки о металлах вышло за рамки классической металлографии и получило распространение более емкое ее название — металловедение. В последующие годы в металловедении все шире используются представления физики твердого тела и физические методы исследования. С 1950-х гг. широко применяется электронная микроскопия, которая позволяет более глубоко изучить структуру металлических материалов. Для современного металловедения характерно широкое использование учения о дефектах кристаллической решетки. Между теоретическим мметалловедени и физикой металлов нет четкой границы. В теоретическом металловедении рассматриваются диаграммы состояния, структура фаз в металлических сплавах (твердых растворах, интерметаллидах и др.), механизм и кинетика кристаллизации расплава и фазового превращения в твердом состоянии, изменение структуры и свойств металлов при пластической деформации, общие закономерности влияния химического состава и структуры на механические и другие свойства.
Прикладное (техническое) металловедение изучает состав, структуры, процессы обработки и свойства металлических материалов конкретных классов (например, Fe-С-сплавов, конструкционных, нержавеющих сталей, жаропрочных, Al-, Cu-сплавов, металлокерамики и др.). В связи с развитием новых областей техники возникли задачи изучения поведения металлов и сплавов при радиационных воздействиях, весьма низких температураx, высоких давлениях и т.д.
Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .
Металловедение — наука, которая изучает строение, свойства металлов, устанавливает связь между химическим составом, структурой и свойствами металлов, а также закономерности изменения структуры и свойств под воздействием внешних факторов. Основана на теоретическом … Википедия
Очень нужна помощь. Нужна любая информация про русских ученых которые изучали или исследовали металлы(любые)
1.Чернов Дмитрий Константинович (1839 - 1921гг) - русский металлург, основоположник металловедения и теории термической обработки стали. Профессор Михайловской артеллерийской академии в С. Петербурге. Установил критич. температуры при которых происходят фазовые превращения стали при нагреве и охлаждении в твёрдом состоянии, что послужило теоретич. фундаментом для создания науки о металлах. Сделал важный вывод о том, что решающую роль в формировании структуры и получении требуемых свойств стали играет термич. обработка, а не ковка, как полагали до него. Установил связь между тепловой обработкой стали, её структурой и свойствами. Впервые дал стройную теорию кристаллизации стального слитка. Установил условия для осуществления закалки стали эвтектоидного состава. Провёл одно из первых исследований процесса холодной пластич. деформации стали. . Выдвинул ряд идей по усовершенствованию металлургич. техники и интенсификации металлургич. процессов. Автор курса "Сталелитейное дело" Труды Чернова имели большое значение также для развития русской артиллерийской техники.
2. Аносов Павел Петрович (1797 - 1851гг) - русский металлург. Генерал-майор корпуса горных инженеров. Разработал процессы получения высококачественной литой стали, открыл способ получения литой стали непосредственной цементацией железа в плавильных тиглях, а также способ передела чугуна в сталь путём плавки. Применил в 1831г. микроскоп для исследования строения стали. Первым в 19 веке изготовил высококачественну. литую булатную сталь для клинков. Написал и издал книгу "О булатах".
Директор ВНИИНМ. с 1952 по 1984 гг. Академик, ученый-металловед с мировым именем Бочвар Андрей Анатольевич
Андрей Анатольевич Бочвар родился в Москве 8 августа 1902 года в семье известного ученого-металлурга, профессора А. М. Бочвара.
В 1923 году после окончания МВТУ имени Н. Э. Баумана началась его научно-преподавательская деятельность как металловеда. Во второй половине 20-х годов прошлого века молодой инженер-технолог А. А. Бочвар буквально ворвался в мир науки.
Огромная научная интуиция и крупные промышленные внедрения, в том числе в годы Великой Отечественной войны, явились определяющим фактором для привлечения академика А. А. Бочвара в 1946-1947 гг. к «урановой» проблеме, в атомную отрасль, а конкретнее, к Атомному проекту СССР.
А. С. Займовский родился 26 сентября (9 октября) 1905 года в Одессе. Сын С. Г. Займовского. По окончании в 1928 году окончил МГА преподавал там, затем в МИС имени И. В. Сталина, МГУ имени М. В. Ломоносова (1928—1941). В 1928—1943 годах работал в ВЭИ. Основные труды посвящены вопросам металловедения, созданию новых сплавов с особыми физическими свойствами, технологии их изготовленияи обработки. Его работы способствовали производству в СССР новых магнитных и проводниковых сплавов, что позволило организовать выпуск электрических приборов, аппаратов и машин с постоянными магнитами, обладающих высокими эксплутационными качествами. Ряд исследований выполнен по проводниковой и трансформаторной стали, электротехническому железу, пермаллою и порошковым магнитодиэлектрикам.
А. С. Займовский умер 29 ноября 1990 года (по другим данным — 1991 года) . Похоронен в Москве на Донском кладбище.
Займовский Александр Семеновмч
Открытие палладия, родия, иридия, осмия и рутения
В 1803 английский учёный У. Х. Волластон открыл палладий и родий, а в 1804 английский учёный С. Теннант открыл иридий и осмий. В 1808 русский учёный А. Снядицкий, исследуя платиновую руду, привезенную из Южной Америки, извлек новый химический элемент, названный им вестием. В 1844 профессор Казанского университета К. К. Клаус всесторонне изучил этот элемент и назвал его в честь России рутением.
Технология металлической платины
Очистка и обработка платины затруднялась высокой температурой её плавления (1773,5 °C). В 1-й половине XIX века А. А. Мусин-Пушкин получил ковкую платину прокаливанием её амальгамы. В 1827 русские учёные П. Г. Соболевский и В. В. Любарский предложили новый способ очистки сырой платины, положивший начало порошковой металлургии. В течение года этим способом было очищено впервые в мире около 800 кг платины, то есть осуществлена переработка платины в больших масштабах
Для извлечения благородных металлов широко пользуются методами гидрометаллургии, часто комбинируемыми с обогащением. Гравитационное обогащение благородных металлов позволяет выделять крупные частицы металла. Его дополняют цианирование и амальгамация, первое теоретическое обоснование которой дано советским учёным И. Н. Плаксиным в 1927. Для цианирования наиболее благоприятно хлористое серебро; сульфидные серебряные руды часто цианируют после предварительного хлорирующего обжига. Золото и серебро из цианистых растворов осаждают обычно металлическим цинком, реже углём и смолами (ионитами) . Извлекают золото и серебро из руд селективной флотацией. Около 80 % серебра получают главным образом пирометаллургией, остальное количество — амальгамацией и цианированием.
Читайте также: