Общие сведения о металлах и сплавах презентация

Обновлено: 18.05.2024

Презентация на тему: " СПЛАВЫ МЕТАЛЛОВ Составитель: И.Н. Пиялкина, учитель химии МБОУ СОШ 37 города Белово." — Транскрипт:

1 СПЛАВЫ МЕТАЛЛОВ Составитель: И.Н. Пиялкина, учитель химии МБОУ СОШ 37 города Белово

2 СПЛАВЫ Сплавы – это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух или более компонентов, из которых по крайней мере один – металл.

3 Металлический блеск Металлический блеск Электро-и теплопроводность Электро-и теплопроводность Прочность Прочность Твердость Твердость Коррозийная стойкость Коррозийная стойкость Износоустойчивость Износоустойчивость Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами.химические соединения СВОЙСТВА СПЛАВОВ

4 однородные сплавы неоднородные при сплавлении образуется раствор одного Ме в другом. Припой: одна часть свинца и две части олова при сплавлении образуется механическая смесь Ме Дюралюмин: 95% алюминия, 4% меди, 0,5% марганца и 0,5% магния

5 Т ИПЫ СПЛАВОВ Т ИПЫ СПЛАВОВ Сплавы Твердые растворы Механическая смесь металлов Интерметаллиды

6 Тип ХарактеристикаПример Твёрдые растворы Расплавленные металлы смешиваются в любых отношениях Ag u Cu Ag u Au Cu u Ni Механическая смесь металлов При охлаждении смеси расплавленных металлов образуется сплав, состоящий из мельчайших кристалликов каждого металла Pb u Sn Pb u Ag Bi u Cd Интерметаллиды Расплавленные металлы образуют между собой химические соединения Zn u Cu Ca u Sb Pb u Na

7 С ПЛАВЫ - A L Северное золото медно-алюминиевый сплав золотистого цвета, из которого сделаны монеты. В нём не содержится золота, и его названием очень трудно ввести в заблуждение, так как по цвету и весу «северное золото» совсем не похоже на настоящее.медно алюминиевый сплав монеты золота

8 Дюралюминий (Al u Cu, Mn, Mg, Kr) - сплав алюминия с небольшими добавками меди, марганца, магния и кремния Дюралюминий (Al u Cu, Mn, Mg, Kr) - сплав алюминия с небольшими добавками меди, марганца, магния и кремния С ПЛАВЫ - A L Свойства: легкий, прочный. Применение: в авиастроении, машиностроении, строительстве и др.

9 С ПЛАВЫ ЖЕЛЕЗА (F Е ) (не более 2,14% углерода, т.к. при большем количестве углерода в железе образуется чугун). Сталь - сплав железа с углеродом. (не более 2,14% углерода, т.к. при большем количестве углерода в железе образуется чугун). Углеродистая сталь – сплав железа с углеродом и меньшим количеством марганца, серы, кремния, фосфора. Применение: детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки, инструменты Сталь является важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей народного хозяйства.

10 Легированная сталь – сплав железа с углеродом с специальными легирующими добавками: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий В зависимости от добавок свойства стали изменяются: Хром и никель –жаростойкость, кислотоупорность, пластичность, коррозионная устойчивость. Вольфрам - твердость, жаропрочность, износоустойчивость. Титан – механическая прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость

11 Чугун (Fe u C) - сплав железа с углеродом (содержание углерода от 2,14% до 6,67%) Чугун (Fe u C) - сплав железа с углеродом (содержание углерода от 2,14% до 6,67%) С ПЛАВЫ ЖЕЛЕЗА (F Е ) Свойства: тверже железа, очень хрупкий, не куется Применение: изготовление массивных деталей методом литья (литейный чугун), переработка в сталь (передельный чугун)

12 С ПЛАВЫ - МЕДИ (C U ) Латунь это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк иногда с добавлением олова, никеля, свинца, марганца, железа и других элементов.сплав медицин голова никеля свинца марганца железа Свойства: высокая пластичность Применение: декоративные предметы искусства

13 Бронза (Cu u Sn) - сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и др. металлами, за исключением цинка и никеля Бронза (Cu u Sn) - сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и др. металлами, за исключением цинка и никеля С ПЛАВЫ - МЕДИ (C U ) Различают: Оловянную бронзу (20% олова), Алюминиевую бронзу (5-11 % алюминия) Свинцовую бронзу (до 33% свинца) Применение: изготовление частей машин, художественные отливки

14 Мельхиор (Си и Ni) - сплав меди с никелем, иногда с добавками железа и марганца Мельхиор (Си и Ni) - сплав меди с никелем, иногда с добавками железа и марганца С ПЛАВЫ - МЕДИ (C U )

15 Победит металлокерамический твердый сплав. Твёрдый сплав карбида вольфрама WC и кобальта в соотношении 90% и 10% масс, соответственно. Он по твердости близок к алмазу, применяется при бурении горных пород. Разработан в 1929 году в СССР где в основном использовался для режущих инструментов. Сейчас сплав применяется для оснащения волочильного инструмента, в качестве резцов и т.д. При создании используются методы порошковой металлургии. Металлокерамические сплавы обладают особенно высокой твердостью. Победит изготовляется в виде пластинок различной формы и размера. Процесс изготовления сводится к следующему: мелкий порошок карбида вольфрама или другого тугоплавкого карбида и мелкий порошок связующего металла кобальта или никеля перемешиваются и затем прессуются в соответствующих формах. Спрессованные пластины спекаются при температуре, близкой к температуре плавления связующего металла, что дает очень плотный и твердый сплав. Пластинки из этого сверхтвердого сплава применяются для изготовления металлорежущего и бурового инструмента. Пластинки напаиваются на державки режущего инструмента медью. Термообработка не требуется. В настоящее время разработаны и другие вольфрамокобальтовые сплавы, однако для них продолжают использовать название «победит». П ОБЕДИТ

16 Н ИХРОМ Нихром общее название группы сплавов, состоящих, в зависимости от марки сплава, из 5578 % никеля, 1523 % хрома, с добавками марганца, кремния, железа, алюминия. Первый нихромовый сплав разработан в США в 1905 году А. Маршем.1905 году Основными достоинствами нихромовых сплавов являются высокая жаростойкость в окислительной атмосфере (до 1250 °C), высокое электрическое сопротивление (1,051,4 Ом/мм²·м). Нихром применяется для изготовления нагревательных элементов электропечей, бытовых приборов. Из нихрома изготавливают детали, работающие при высокой температуре, резисторные элементы, реостаты. Основные применяемые марки сплава Х20Н80, Х15Н60, ХН70Ю. Физические свойства нихрома удельное электрическое сопротивление 1÷1,1 Ом·мм²/м (в зависимости от марки сплава) плотность кг/м³ температура плавления °C рабочая температура °C удельная теплоемкость 0,45 к Дж/(кг*К) при 25 °C предел прочности при растяжении 0,650,70 ГПа

17 К ДРАГОЦЕННЫМ МЕТАЛЛАМ ОТНОСЯТСЯ ЗОЛОТО, СЕРЕБРО, ПЛАТИНА, ПАЛЛАДИЙ И ДР. Д ЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЮВЕЛИРНЫХ УКРАШЕНИЙ В ОСНОВНОМ ИСПОЛЬЗУЮТ СПЛАВЫ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ, ЧАЩЕ ВСЕГО СПЛАВ ЗОЛОТА, СЕРЕБРА И МЕДИ, РЕЖЕ СПЛАВЫ ЗОЛОТА И СЕРЕБРА ИЛИ ЗОЛОТА И МЕДИ, ИНОГДА СПЛАВЫ ЗОЛОТА И ПЛАТИНЫ, ЗОЛОТА И ПАЛЛАДИЯ И ДР. Сплавы драгоценных металлов

18 Сплавы драгоценных металлов различаются прежде всего по процентному содержанию в них золота. Ювелирные сплавы золота имеют пять проб: 958, 750, 585, 583 и 375. Две первые цифры пробы указывают на целое число процентов, а третья – на десятые доли процента содержания золота в сплаве. В зависимости от процентного содержания серебра и меди меняется цвет сплава. При содержании серебра более 30% цвет становится желто-белым и бледнеет по мере увеличения процента серебра. При содержании в сплаве около 15% меди цвет сплава становится ярко-красным.

19 В СЕ ЮВЕЛИРНЫЕ СПЛАВЫ СЕРЕБРА, В ОТЛИЧИЕ ОТ СПЛАВОВ ЗОЛОТА, ИМЕЮТ ТОЛЬКО ОДИН ЛЕГИРУЮЩИЙ КОМПОНЕНТ – МЕДЬ. В ЮВЕЛИРНОМ ДЕЛЕ ИСПОЛЬЗУЮТ ДВЕ ПРОБЫ СЕРЕБРА : 916 И 375

20 ВАЖНЕЙШИЕ СПЛАВЫ МЕТАЛЛОВ Название СоставСвойства Применение Алюминиевые сплавы Al, Mg, Si, Cu, Zn, Mn, Li, Be Легкость, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, высокая удельная прочность Конструкционные материалы в авиации, строительстве, машиностроении и др.; электротехнические устройства и материалы АмальгамаHg и другие металлы В зависимости от соотношения ртути и др. металла может быть (при комнатной температуре) жидкой, полужидкой или твёрдой Золочение металлических изделий, производство зеркал, стоматология, реактив- восстановитель в химии и металлургии

21 Вольфрамовые сплавы Mo, Re, Cu, Ni, Ag, оксиды (ThO2), карбиды (TaC) и др. Пластичность, жаропрочность и высокая термо-эдс Детали электровакуумных приборов, высокотемпературных термопар, детали двигателей ракет и самолётов Железоуглерод истые сплавы (чугун, сталь, ферросплавы) Fe, C, Р, S, Mn, Si, N, Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Со, Cu и др. Механическая прочность, твердость, упругость, коррозионная устойчивость, вязкость и др. Конструкционн ые материалы для всех областей техники, технологии, хозяйства, машины, инструмент

22 Золотые сплавы Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Sb, Bi, Pb, Hg Сплав с Ag при 20 40% Ag зеленовато- жёлтый, при 50% Ag бледно-жёлтый; мягкий и ковкий; сплавы Au с Cu красновато-жёлтые; более твердые и упругие, чем чистое золото Золочение металлических изделий, изготовление монет, ювелирных изделий, зубных протезов, электрических контактов Легкоплавкие сплавы Sn, Bi, In, Pb, Cd, Zn, Sb, Ga, Hg и др. Низкие температуры плавления (не выше 232 °С); при содержании Bi более 55% расширяются при затвердевании Изготовление припоев, плавких предохранителей в электроаппарату ре

23 Магниевы е сплавы Mg, Al, Zn, Mn, Zr, Th, Li, La, Nd, Y, Ag, Cd, Be Лёгкость, прочность, коррозионная стойкость Высоконагруженные детали из прессованных полуфабрикатов, штамповок и поковок в автомобилестроении, панели, штамповки сложной формы, сварные конструкции Медные сплавы Cu, Zn, Sn, Al, Ni, Be, P Прочность, высокая электропроводность, коррозионная стойкость, пластичность Трубы, теплотехническая аппаратура, подшипники, шестерни, втулки, пружины, детали приборов точной механики, термопары, фасонные детали, декоративно-прикладные изделия и скульптура

24 Никелевые сплавы Cu, Co, Fe,Ферромагнетизм, высокая пластичность и коррозионная стойкость, отсутствие аллотропических превращений, химическая стойкость Конструкционные материалы с высокой стойкостью к агрессивным средам, ферромагнитные изделия, магнитострикционные материалы Оловянные сплавы Sn, Pb, Sb, Cu, Zn, Cd и др. Низкая температура плавления, мягкость, коррозионная стойкость; антифрикционные свойства Легкоплавкие сплавы (припой, полуда) и подшипниковые материалы (баббит)

25 Платиновые сплавы Pt, Rh, Ir, Pd, Ru, Ni, Co, Cu, W, Мо Высокая температура плавления, коррозионная стойкость, механическая прочность, каталитические свойства Изготовление потенциометров, постоянных магнитов, высокотемпературн ых припоев, катализаторы, лабораторная посуда Свинцовые сплавы Pb, Fe, Cu, Sb, Sn, Cd, Са, Ca, Mg, Li, К, Na Прочность, твёрдость, антифрикционные, свойства, низкая температура плавления свинца, коррозионная стойкость. Изготовление или облицовка кислотоупорной аппаратуры и трубопроводов, изготовление оболочек низковольтных и силовых кабелей

26 Твёрдые сплавы WC, TiC, TaC; связующие металлы: Co, Ni, Mo, сталь Высокая твердость, тугоплавкость, износоустойчивость, коррозионная стойкость Цельнотвердосплав ные изделия (инструмент) для обработки металлов, сплавов и неметаллических материалов, для оснащения рабочих частей буровых инструментов и как конструкционные материалы Типографск ие сплавы (гарт) Pb, Sb, Sn и др. низкая температура плавления ( °С), хорошие литейные свойства Изготовления литых стереотипов (полиграфическая промышленность) и элементов набора (шрифты др.).

27 Титановые сплавы Al, V, Mo, Mn, Sn, Zr, Cr, Cu, Fe, W, Ni, Si; Nb и Та Лёгкость, высокая прочность в широком интервале температур от -250 °С до °С, коррозионная стойкость Конструкционные материалы в авиации, ракетостроении, химическая аппаратура Цинковые сплавы Zn, Al, Cu, Mg Невысокая температура плавления, легкость обработки давлением и резанием, сварки и пайки, возможность нанесения покрытий электрохимическим и химическим способами. Конструкционные и конструкционно- декоративные детали в автомобильной промышленности, электромашиност роении, оргтехнике, вкладыши подшипников, бытовые изделия.

Общие сведения о металлах и сплавах

Лекция 4 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ
Металлы (от греч. мetallon — руда, металл) — вещества, характеризующиеся в
нормальных условиях высокими электропроводностью и теплопроводностью,
способностью хорошо отражать электромагнитные волны, пластичностью.
Согласно современным представлениям, металлы состоят из ионного кристаллического
остова, окруженного «электронным газом», который компенсирует энергию
электростатического отталкивания ионов, связывая их в твердое тело (металлическая
связь).
Из известных в настоящее время 106 химических элементов более 80 обладают свойствами
металлов.
Металлы отличаются высокой электропроводностью (10-8. 10-6 Ом1 м-1) при комнатной
температуре.
При воздействии повышенных температур металлам свойственно явление испускания
электронов — термоэлектронная эмиссия. Эмиссия электронов с поверхности
металлических электродов может наблюдаться при воздействии электрических полей
напряженностью E 107 В/см - автоэлектронная эмиссия, электромагнитных излучений
— фотоэлектронная эмиссия, при бомбардировке первичными электронами — вторичная
электронная эмиссия и ионами — ионно-электронная эмиссия.

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
Все металлы подразделяют на две группы: черные — железо и его сплавы и цветные —
остальные металлы. Последние в зависимости от свойств и распространенности делят на
легкоплавкие (Zn, Cd, Sn, Sb, Hg, Pb, Bi), тугоплавкие (Ti, Cr, Zr, Nb и др.), благородные
(Au, Ag, Pt, Ph, Pd, Os, Ir и др.).
Атомно - кристаллическое строение металлов характеризуется относительным
расположением элементарных частиц (ионов, атомов, молекул) в кристаллической
решетке.
Металлы имеют сложные высокосимметричные кристаллические решетки с
плотной упаковкой атомов. Объемно центрированная кубическая решетка (ОЦК) содержит
атомы в узлах ячейки и один в центре куба. Ячейка ОЦК содержит 9 атомов. Она
характерна для щелочных и тугоплавких металлов. В ячейке гранецентрированной
кубической решетки (ГЦК) содержится 14 атомов. Они расположены в центре граней и
узлах ячейки. Этот тип решетки имеют медь, свинец, никель, благородные и некоторые
другие металлы. Гексагональная плотноупакованная ячейка (ГПУ) содержит 17 атомов.
Они располагаются в узлах и центре шестиугольных оснований, а три атома — в средней
плоскости.

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
Кристаллизация — это фазовый переход вещества из состояния переохлажденной
(пересыщенной) маточной среды в кристаллическую фазу с меньшей свободной энергией.
Различают первичную и вторичную кристаллизацию металлов: при первичной кристаллы
образуются из веществ, находящихся в жидком или газообразном состоянии, вторичная
протекает при распаде веществ в твердой фазе.
Кристаллизация расплава сопровождается уменьшением его объема, что приводит к
уменьшению свободной энергии металла. Чем меньше геометрические размеры
кристаллических агрегатов (зерен, образовавшихся в результате роста зародышей
кристаллизации), тем больше значение их поверхностной энергии и тем большее
количество частиц осаждается на их поверхности.
Существуют различные механизмы роста кристалла. В начале процесса кристаллизации
образуется двухмерный зародыш. Кристалл увеличивается в размерах за счет
последовательного формирования растущего слоя — послойно (рис. а). Если растущий
кристалл содержит винтовую дислокацию, его рост осуществляется присоединением атома
к торцу ступени, оканчивающейся на дислокации (рис. б).
Схемы роста кристаллов: а – послойный;
б – на винтовой дислокации

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
Для управления процессами кристаллизации в расплав вводят модификаторы —
поверхностно-активные вещества и тугоплавкие металлы (0,001. 0,2 % Na, В, Ti, Zr, Mg,
карбидов, графита и др.). Кристаллы, образующиеся при охлаждении расплава, имеют вид
многогранников, дендритов, игольчатых и пластинчатых образований. Многогранник
является простейшей формой кристаллов. В связи с неодинаковой скоростью
кристаллизации на отдельных гранях многогранника могут образовываться кристаллы
пластинчатой, игольчатой, нитевидной и других форм. Если в переохлажденном
расплаве в качестве зародыша выступает кристалл, выступы на нем растут в различных
кристаллографических направлениях, образуя многолучевую звезду. Дальнейший рост
кристалла идет по нормали к плоскостям с наиболее плотной упаковкой атомов. На
отростках, называемых осями первого порядка (I), появляются боковые ответвления — оси
второго порядка (II), на них — ответвления третьего порядка (III). В результате в расплаве
металла формируются кристаллы дендритной (древовидной) формы.
Схема образования дендритных кристаллов
металлов (пунктиром показаны возможные
направления роста)

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
Полиморфизм (от греч. polymorphos — многообразный) — способность некоторых
веществ существовать в нескольких кристаллических состояниях с различной структурой.
Такие состояния, представляющие собой термодинамические фазы, называют
полиморфными модификациями и в соответствии с возрастанием температуры их
существования обозначают буквами , , и т. д.
Полиморфизм свойствен простым и сложным веществам. Частным случаем его
является аллотропия — существование химических элементов в виде двух или более
простых веществ. Например, известны три аллотропические модификации углерода —
графит, алмаз, сажа.
Температурные интервалы существования кристаллических
структур полиморфных металлов
Металл
Кристаллическая структура
Интервал температур
существования модификации, оС
Титан
ГПУ
ОЦК
До 882
882-1668
Цирконий
ГПУ
ОЦК
До 862
862-1852
Алмазная
ТОЦ
До 13
13-232
Ромбическая
ТОЦ
ОЦК
До 663
663-764
764-1130
Железо
ОЦК
ГЦК
ОЦК
До 911
911-1392
1392-1539
Кобальт
ГПУ
ГЦК
До 477
477-1490
Олово
Уран

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
Полиморфные модификации металлов, как правило, различаются магнитными, электрическими,
механическими, химическими и другими свойствами. Например, при температуре +18°С происходит
превращение белого олова ( -модификация) с тетрагональной кристаллической решеткой в серое ( модификация) с кубической решеткой. Превращение сопровождается увеличением объема решетки
олова на 25,6 %, уменьшением плотности с 7290 кг/м3 до 5850 кг/м3 и возникновением напряжений, в
результате которых оловянный слиток разрушается и превращается в порошок.
Чистые металлы, находят ограниченное применение в машиностроении вследствие
недостаточного соответствия их характеристик эксплуатационным требованиям современной
техники, высокой стоимости и сложности технологии их получения и переработки. Наиболее
широко используемые в настоящее время машиностроительные материалы представляют собой, как
правило, сплавы, формируемые плавлением, спеканием, плазменным напылением, кристаллизацией из
паров, электролизом, восстановлением из оксидов и другими методами.
Сплав металлический — это макроскопически однородная система, состоящая из двух или
более металлов или металлов и неметаллов, обладающая характерными свойствами металлов.
Простые вещества, образующие сплав, называют его компонентами. Компонентами сплавов могут
быть чистые металлы и неметаллы, а также продукты их взаимодействия — промежуточные
фазы постоянного состава.
Свойства сплава определяются составом и соотношением фаз, которые образуются в
результате взаимодействия компонентов. Состав фаз каждого конкретного сплава при заданной
температуре соответствует диаграмме его состояния. Построение диаграмм состояния
используемых в технике сплавов было и остается важной задачей металловедения.
Сплавы классифицируют по количеству компонентов на двойные, тройные и так далее, а по
наличию фаз — на однофазные и многофазные.

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
ФАЗЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ
Различают следующие фазы металлических сплавов:
жидкие растворы,
твердые растворы,
химические соединения.
Они отличаются структурой и основными свойствами.
Жидкий раствор — однородная смесь двух или более компонентов, которые
равномерно распределены в жидкой фазе в виде отдельных атомов, ионов или молекул.
Твердым раствором называют фазу, состоящую из двух или более компонентов, один из
которых является растворителем и сохраняет присущую ему кристаллическую решетку, а
другой (или другие) распределён в этой решетке, не изменяя ее типа.
В зависимости от характера распределения компонентов различают твердые растворы
внедрения и замещения.
Схемы расположения атомов в твердых растворах: а – чистый элемент А, б – твердый
раствор элемента внедрения D в элементе А, в – твердый раствор замещения элемента В в
элементе А.

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
Твердые растворы внедрения характерны для сплавов переходных металлов с
неметаллами, имеющими атомы небольшого радиуса. Главным условием образования
такого раствора является соответствие радиуса атома внедрения и радиуса поры
кристаллической решетки растворителя.
Металлы при сплавлении обладают свойством растворяться друг в друге, образуя смесь
компонентов, находящихся в твердом состоянии. Установлены эмпирические правила
такого растворения:
1) увеличение разницы атомных радиусов компонентов сплава снижает их способность к
образованию раствора (размерный фактор),
2) увеличение разности в валентностях компонентов при соответствии их атомных
радиусов снижает растворимость (относительная валентность).
Образование твердых растворов замещения возможно при любом соотношении атомных
масс компонентов. Для образования твердых растворов с неограниченной растворимостью
необходимо выполнение следующих условий:
1) компоненты сплава должны обладать изоморфными (полностью подобными)
кристаллическими решетками;
2) различие атомных размеров компонентов не должно превышать 8—15%;
3) внешние электронные оболочки атомов компонентов должны иметь одинаковое
строение (равная валентность). Примерами таких сплавов являются сплавы Сu—Аu,
Сu—Ni, Ge — Si, Ag — Au, Mo — V.

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
В сплавах возможно образование фаз постоянного состава, соотношение элементов в
которых подчиняется правилу валентности. Такие фазы называют химическими
соединениями сплавов, они имеют следующие особенности:
1) кристаллическая решетка сплава отличается от кристаллических решеток компонентов;
2) соотношение элементов в решетках кратно целым числам;
3) свойства сплавов отличны от свойств компонентов;
4) тепловой эффект образования сплавов положителен.
Для определения количества фаз в сплаве и их состава строят диаграммы фазового
равновесия - диаграммы состояния. Диаграмма состояния — графическое изображение
фазового состава сплава в состоянии равновесия или близком к нему, в зависимости от
температуры и содержания компонентов сплава.
Для построения диаграмм состояния металлических сплавов иногда используют расчетные
зависимости изменения свободной энергии системы. Их получают на основе
экспериментальных данных, полученных методами дифференциально-термического
анализа (ДТА), рентгено-структурного анализа, дилатометрии, калориметрии сплавов и др.

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
Корреляция между типом диаграмм состояния и свойствами сплавов – плотность, НВ –
твердость с компонентами: а – практически нерастворимыми в твердом состоянии; б –
неограниченно растворимыми в твердом состоянии ; в – ограниченно растворимыми в
твердом состоянии; г – образующими химическое соединение

Лекция 4 Общие сведения о
металлах и сплавах
В твердом состоянии металлы обычно ограниченно растворимы один в другом.
Существует три принципиально разных типа таких сплавов: сплавы с ограниченной
растворимостью компонентов и эвтектическим превращением; сплавы компонентов,
практически не растворимых в твердом состоянии, с эвтектическим превращением; сплавы
с ограниченной растворимостью компонентов и перитектическим превращением.
Эвтектикой («легкоплавящейся», греч.) называют высокодисперсную механическую
смесь нескольких твердых фаз, одновременно кристаллизующихся из расплава при
постоянной температуре.
Эвтектическим превращением называют процесс одновременной кристаллизации из
расплава нескольких твердых фаз при постоянной температуре. На абсциссе диаграммы
состояния сплава с ограниченной растворимостью компонентов и эвтектическим
превращением нанесены точки F и G. Видно, что предельная растворимость компонента А
в компоненте В соответствует точке G, компонента В в А — точке F. Сплав,
соответствующий проекции точки В (сплав Э), является самым легкоплавким—
эвтектическим. Сплавы, относящиеся к области левее точки В, называют
доэвтектическими, правее точки В — заэвтектическими. При температурах выше линии
АВС (ликвидус) система находится в жидком состоянии; при температурах,
соответствующих точкам на линии AEBDC (солидус), – в твердом.

1. Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение Средняя общеобразовательная школа №1 г. Белорецка Республики

2. Металлы и сплавы

Чугун — сплав железа с
углеродом, содержащий
более 2% (обычно
3. 4,5%) углерода, а
также примеси других
элементов. Чугун
является одним из самых
дешевых и
распространенных
конструкционных
материалов и широко
применяется в машиностроении. Кроме того, из
чугуна получают сталь.

3. Общие сведения о металлах и сплавах

С незапамятных времен человек познакомился с
семеркой металлов: железом, медью, серебром,
оловом, золотом, ртутью и свинцом. Два из них —
золото и серебро — за красоту и стойкость стали
называться благородными. К другим металлам отношение было не менее почтительное. Известны
периоды в истории человечества, когда железо
ценилось дороже золота. Но главное достоинство так
называемых простых металлов в том, что эти
великие труженики сыграли решающую роль в
развитии цивилизации

Сталь — сплав
железа с углеродом,
содержащий до 2,1
% углерода. Как и
чугун, сталь
содержит в себе
примеси некоторых
других элементов.
Основное отличие
стали от чугуна —
это то, что сталь
содержит меньшее
количество углерода
и примесей.
Температура
плавления 1539
градусов.

5. Сплавами металлов называются сложные вещества, полученные путем сплавления одного металла с другими или металла с

6. Медь

— металл розоватокрасного цвета,
обладающий
электропроводностью и
теплопроводностью,
хорошей пластичностью,
но сравнительно
невысокой прочностью,
хорошо обрабатывается.
Применяется, прежде
всего, в
электропромышленности
и химическом
машиностроении. Сплавы
меди обычно делят на две
группы —латуни и
бронзы. Температура
плавления 1083 градуса.

7. Бронза

Бронзами - называют
сплавы меди с оловом
или другими элементами,
кроме цинка. В основном
бронзы характеризуются
высокой прочностью,
хорошо обрабатываются
резанием, обладают
высокими литейными
качествами и низким
коэффициентом трения.

8. Латунь

Алюминий — металл
серебристо-белого
цвета, легкий, мягкий
и вязкий, хорошо
отливается и.
прокатывается в листы
и проволоку.
Алюминий широко
используется в
авиастроении, в
электротехнике и при
изготовлении посуды и
других предметов
быта
Температура
плавления 660
градусов

10. Олово

— металл
серебристо-белого цвета,
весьма мягкий и
пластичный. Олово можно
легко раскатать в очень
тонкие листы, называемые
фольгой. Его применяют
для покрытия тонких
листов стали и получения
белой жести. Олово входит
в состав многих сплавов:
припоев, применяемых для
пайки и лужения,
баббитов, бронз, латуни и
т. д. Температура
плавления 232 градуса.

11. Цинк

— это светлосерый металл с голубым
оттенком. Обладает
высокой коррозионной
стойкостью. Благодаря
этому свойству цинк
применяется для
покрытия стальных
изделий в целях зашиты
от коррозии например
оцинкованное железо,
также из цинка
изготавливают краску
(цинковые белила).
Температура плавления
419 градусов.

Презентация по Основам материаловедения на тему "Общие сведения о металлах и сплавах"

Металловедение — наука, изучающая зависимость между составом, строением и свойствами металлов и сплавов и закономерности их изменения под воздействием внешних факторов: тепловых, химических, механических, электромагнит-ных, радиоактивных.
Основным материалами, применяемым для изготовления сварных конструкций являются металлы и их сплавы.
Изучением металлов занимается наука металловедение

Металлы и их сплавы повсеместно используются для изготовления конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д. Несмотря на широкий круг искусственно созданных материалов (керамики, клеев), металлы служат основным конструкционным материалом и в обозримом будущем по-прежнему будут доминировать.
В природе металлы встречаются как в чистом виде, так и в рудах, оксидах и солях. В чистом виде встречаются химически устойчивые элементы (Pt, Au, Ag, Cu). Масса наибольшего самородка меди составляет 420 т, серебра — 13,5 т, золота — 112 кг. Из 118 открытых элементов, представленных в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева, 82 являются металлами.

Металлы – непрозрачные вещества, обладающие специфическим металлическим блеском, пластичностью, высокой теплопроводностью и электропроводностью.

классификация металлов
цветные – остальные металлы и их сплавы
Металлы делятся на две большие группы:
черные металлы – железо и сплавы на его основе

Цветные металлы по разным признакам делятся на подгруппы:
тяжелые, имеющие плотность больше 5 г/см3 (цинк, медь, олово, свинец, серебро, золото и др.);
легкие, имеющие плотность до 5 г/см3 (литий, натрий, магний, калий, алюминий и др.);
тугоплавкие, температура плавления которых выше, чем у железа (ниобий, молибден, вольфрам др.);

благородные (золото, серебро, платина, палладий и др.);
и другие.
легкоплавкие (цезий, галлий, калий, натрий, олово, свинец и др.);
редкие (молибден, вольфрам, ванадий и др.);

Понятие «чистый металл» весьма условно. Любой чистый металл содержит примеси, а поэтому его следует рассматривать как сплав. Под термином «чистый металл» понимается металл, содержащий 0,010 – 0,001% примесей. Современная металлургия позволяет получать металлы высокой чистоты (99,99%). Однако примеси даже в малых количествах могут оказывать существенное влияние на свойства металла.
Свойства металлов разнообразны. Ртуть замерзает при температуре минус 38,8 °С, вольфрам выдерживает рабочую температуру до 2000 °С (Тпл = 3420 °С), литий, натрий, калий легче воды, а иридий и осмий — в 42 раза тяжелее лития. Электропроводность серебра в 130 раз выше, чем у марганца.
Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства

общие свойства металлов
высокая пластичность;
высокие тепло- и электропроводность;
положительный температурный коэффициент электрического сопротив-ления, означающий рост сопротивления с повышением температуры и сверхпроводимость многих металлов (около 30) при температурах, близких к абсолютному нулю;

кристаллическое строение в твердом состоянии.
хорошая отражательная способность (металлы непрозрачны и имеют характерный металлический блеск);
термоэлектронная эмиссия, т.е. способность к испусканию электронов при нагреве;

Наличие этих свойств и характеризует так называемое металлическое состояние вещества.
Все металлы и металлические сплавы – тела кристаллические.
Каждый металл (вещество) может находиться в трех агрегатных состояниях:
- газообразном;
- жидком;
- твердом.

Атомно-кристаллическое строение металлов
Под атомно - кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов, существующее в кристалле.
Кристалл состоит из атомов (ионов), расположенных в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях.

Для описания атомно-кристаллической структуры пользуются понятием пространственной или кристаллической решетки
Кристаллическая решетка представляет собой воображаемую пространственную сетку, в узлах которой располагаются атомы (ионы), образующие металл (твердое кристаллическое тело).
Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла во всем объеме, получил название элементарной кристаллической ячейки.

типы кристаллических решеток металлов
Подавляющее число технически важных металлов образуют одну из следующих решеток:
Большинство твердых веществ имеют кристаллическую структуру, в которой частицы, из которых она «построена» находятся в определенном порядке, создавая тем самым кристаллическую решетку. Она строится из повторяющихся одинаковых структурных единиц - элементарных ячеек, которая связывается с соседними ячейками, образуя дополнительные узлы. В результате существует 14 различных кристаллических решеток.

Атомы (9) расположены в узлах ячейки и один атом — в центре объема куба . Решетку ОЦК имеют металлы: a-железо, хром, ниобий, вольфрам, ванадий и др.
Объемно - центрированная кубическая решетка (оцк)

гранецентрированная кубическая решетка (гцк)
Атомы (14) расположены в углах куба и в центре каждой грани . Этот тип решетки имеют металлы: у-железо, никель, медь, золото и др

Гексагональная плотноупакованная решетка (гпу)
Атомы (17) расположены в углах и центре шестигранных оснований призмы и три атома в средней плоскости призмы. Эту упаковку атомов имеют металлы: магний, цинк и др.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 3 000 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Читайте также: