Металлы и сплавы: строение и свойства

1. Металлы и сплавы

Классификация металлов, строение
металлов, физические и химические
свойства металлов и сплавов.

2. Классификация металлов

• 2 вида твердых тел: аморфные и
кристаллические.
• АМОРФНЫЕ – при нагреве сначала
размягчаются и становятся вязкими, а затем
переходят в жидкое состояние
• КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ – остаются твердыми
при нагревании

3. Атомно-кристаллическое строение металлов

• Взаимное расположение атомов (ионов) в
реальном кристалле
• Размеры структурных составляющих
кристаллических тел и применяемые
методы их выявления определяют
следующие понятия : «тонкая структура»,
«микро-», «макроструктура»

4. Тонкая структура

• Определяется расположением
элементарных частиц в кристалле и
электронов в атоме, изучается с
использованием дифракционных методов
(рентгенографии, электронографии,
нейронографии). Можно получить
обширную информацию о строении
кристаллов.

5. Микроструктура

• Состоит из мелких кристалликов (зерен).
Наблюдать можно при помощи оптического
или электронного микроскопа. Можно
определить размеры и форму кристаллов,
наличие различных по своей природе
кристаллов, их распределение. Форму
инородных включений и микропустот.

6. Макроструктура

• Изучают при помощи небольшого
увеличения с помощью лупы или
невооруженным глазом. Можно выявить
характер изломов, поры, усадочные
раковины, размеры и форму крупных
кристаллов. Используя специально
приготовленные образцы можно выявить
трещины, химическую неоднородность,
волокнистость.

7. Кристаллическое строение

8. Агрегатное состояние

• Есть три агрегатных состояния :
газообразное, жидкое и твердое.
1. Газообразное – расстояния между
атомами большие, перемещаются
хаотично, отталкиваясь друг от друга.
2. Жидкое – сохраняют лишь ближайший
порядок, который неустойчив.
3. Твердое – порядок расположения атомов
строго определенный и закономерный.

9. Типы кристаллических решеток

• Объемно – центрированная кубическая
решетка, состоит из 8 атомов, каждый
находится в вершине куба, и одного,
находящегося в центре куба на равных
расстояниях от его граней
• Железо, ванадий, вольфрам
молибден, тантал и хром, т.е.
в основном черные металлы

10.

• Гранецентрированная кубическая
решетка, имеет 14 атомов, по одному в
каждой вершине куба (8 атомов) и по
одному в каждой грани (6 атомов)
• Аллюминий, железо, золото, кобальт,
медь, никель, платина,
серебро, в основном
цветные металлы и часть
черных металлов

11.

• Гексагональная плотноупакованная –
состоит из 17 атомов, форма –
шестигранная призма. При
этом 6 атомов расположены в каждой
вершине верхнего и нижнего
основания, по одному атому
в центре этих оснований и
3 атома в центре одной из
трех граней (через грань).
Бериллий, кадмий, магний,
ванадий, тантал.

12. Физические свойства металлов

13.

• Плотность - количество вещества,
содержащееся в единице объема.
• Плавление - способность металла переходить
из кристаллического (твердого) состояния в
жидкое с поглощением теплоты.
• Теплопроводность - способность металла с
той или иной скоростью проводить теплоту при
нагревании.
• Электропроводность - способность металла
проводить электрический ток.
• Тепловое расширение - способность металла
увеличивать свой объем при нагревании.

14. Химические свойства металлов

15.

• Окисляемость - способность соединяться с кислородом,
усиливается с повышением температуры металла.
• Жаростойкость (окалиностойкость) - способность
сопротивляться газовой коррозии в ненагруженном или
слабонагруженном состоянии при температурах свыше 5500C.
Для повышения жаростойкости в состав стали вводят
элементы, которые образуют с кислородом оксиды с плотным
строением кристаллической решетки (хром, кремний,
алюминий).
• Жаропрочность - это способность стали работать под
напряжением в условиях повышенных температур без
заметной остаточной деформации и разрушения. В качестве
жаропрочных сталей при температурах до 3000C
применяются обычные конструкционные стали. Для работы в
интервале температур 350…5000C применяют легированные
стали перлитного, ферритного и мартенситного классов, при
рабочих температурах 500…7000C - стали аустенитного
класса.

16. Коррозионная стойкость

1.
2.
3.
4.
Способность не окисляться и не вступать в химические
реакции с окружающими веществами.
Контроль коррозионных разрушений проводится с
целью определения коррозионных разрушений
изделия из металла, проводят различные испытания:
Лабораторные (в искусственных условиях)
В природных условиях (в почве, атмосфере, пресных
водоемах и море)
Эксплуатационные (в естественных условиях работы
сооружений, машин, трубопроводов и т.д.)
Ускоренные (имитация естественных условий при
условии ускорения во времени)

17. Коррозионные разрушения

• Оценку осуществляют определением потери массы
металла или толщине разрушаемого металла
группа Характеристика
Скорость коррозии металла,
мм/год
балл
1
Совершенно стойкие
Менее 0,001
Более 0,001 до 0,005
1
2
2
Весьма стойкие
0,005 до 0,01
0,01 до 0,05
3
4
3
Стойкие
0,05 до 0,01
0,1 до 0,5
5
6
4
Пониженно-стойкие
0,5 до 1,0
1,0 до 5,0
7
8
5
Малостойкие
5,0 до 10
9
6
Нестойкие
Более 10,0
10
При скорости коррозии металлов от 0,5 мм/год и выше оценка
коррозионной стойкости производится по группам, а ниже 0,5
мм/год – по баллам

18. Механические свойства металлов

19.

• Механические свойства определяют
работоспособность металлов при воздействии на
них внешних сил. Показатели механических свойств
металлов должны соответствовать ГОСТам и
техническим условиям на их поставку.
• К основным механическим свойствам металлов
относятся:
• прочность;
• упругость;
• пластичность;
• вязкость;
• твёрдость.

20. Прочность

• Прочность - способность стали
выдерживать внешнюю нагрузку без
разрушения. Количественно это свойство
характеризуется пределом прочности и
пределом текучести.

21. Упругость

Упругость - способность стали деформироваться под
действием
нагрузки
и
восстанавливать
первоначальную форму и размеры после ее
снятия. Количественно упругость характеризуется
пределом
упругости,
условно
равным
напряжению, когда материал начинает получать
остаточные деформации очень малой величины,
устанавливаемой в нормативных документах для
данного материала.

22. Пластичность

Пластичность - способность стали изменять
форму под действием нагрузки и сохранять
ее после снятия нагрузки. Количественно
характеризуется
углом
загиба
и
относительным
удлинением
при
растяжении. Пластичность - свойство,
обратное
упругости.
Чем
больше
пластичность, тем легче металл куется,
штампуется, прокатывается.

23. Вязкость

Вязкость - способность металла оказывать
сопротивление быстро возрастающим
(ударным) нагрузкам. Вязкость - свойство,
обратное
хрупкости.
Количественно
характеризуется ударной вязкостью.

24. Твердость

• Твердость - способность сопротивляться
проникновению другого материала при
определенной нагрузке.

25. Хрупкость

• Свойство материала разрушаться без
заметного поглощения механической
энергии в необратимой форме

26. Изнашиваемость

• Свойство материала подвергаться
поверхностному разрушению или
повреждению под воздействием внешнего
трения

27. Выносливость

• Свойство материала выдержать, не
разрушаясь, большое число повторнопеременных напряжений

28. Усталость

• Постепенное разрушение материала при
большом силе повторно-переменных
напряжений

29. Ползучесть

• Способность материала медленно и
непрерывно деформироваться при
постоянном напряжении и повышенной
температуре

30.

1 вариант
2 вариант
1.Что относится к механическим 1.Что относится к химическим
свойствам металла
свойствам металла
2.Из скольки атомов состоит
объемно-центрированная
кубическая решетка
2.Из скольки атомов состоит
гексагональная
плотноупакованная решетка
3.Запишите три агрегатных
3.При помощи чего изучают
тонкую структуру металла
состояния вещества
4.Опишите и зарисуйте
4.Опишите и зарисуйте объемногексагональную
центрированную кубическую
плотноупакованную решетку
решетку
5.Опишите аморфное состояние
твердого тела
5.Запишите методы определения
размера структуры
составляющих
кристаллические тела