Металлы и сплавы. Свойства металлов и сплавов.

И.Е. Залётов учитель труда (технологии)

МБОУ «СОШ № 31 с углубленным изучением

отдельных предметов имени академика Святослава

Фёдорова» города Чебоксары Чувашской Республики

В списке важнейших для человеческой цивилизации металлов

первое место по праву занимает железо. Причина кроется в том, что

железо обладает целым комплексом замечательных свойств, в

первую очередь высокой прочностью и твёрдостью.

Если мы хотим похвалить в человеке какое-либо его качество

мы нередко сравниваем его

с железом:

«железные нервы»,

«железный

характер»,

«железный

человек».

Во

всех

этих

выражениях непроизвольно даётся дань высокого уважению самому

скромному и самому незаменимому металлу нашей жизни.

Металлы - материалы, обладающие высокой теплопровод-

ностью, электрической проводимостью, блеском ковкостью и

другими характерными свойствами.

Сплавы - сложные вещества, являющиеся сочетанием какого-

либо простого металла (основы сплава) с другими металлами или

неметаллами.

Виды металлов и сплавов.

Черные (железо и его сплавы).

Цветные (все остальные металлы и их сплавы).

Железноуглеродистые сплавы - сплавы железа с углеродом и

некоторыми другими элементами (марганцем, фосфором, серой и

т.п.).

Виды железноуглеродистых сплавов.

Чугун Сталь

(свыше 2% углерода) (до 2 % углерода)

Чугун выплавляют из руды в доменных печах, а сталь - из

чугуна в металлургических печах разных конструкций.

Углерод в чугуне может находиться в химическом соединении с

железом или в свободном состоянии - в виде частиц графита:

пластинок, зёрен, хлопьев или шариков.

Термин «металл» происходит от греческого слова «металлон»,

которое в свою очередь родилось от латинского «металлум». В

переводе означает «шахта, руда, рудник».

Одно

из

значений

термина

«сталь»

в

немецком

языке

переводится как «резец». Это говорит об использовании стали для

резания материалов.

В глубокой древности люди познакомились с железом, которое

содержалось в метеоритах. Египтяне называли этот

металл

небесным, а греки и жители Северного Кавказа - звёздным.

Метеоритное железо вначале ценилось гораздо выше золота.

Железные украшения носили в то время самые знатные и богатые

люди.

Чугуны.

Виды чугунов: белые, серые, ковкие, высокопрочные.

Белый чугун на изломе матово - белого цвета, очень твёрдый и

хрупкий, плохо обрабатывается резанием и имеет низкие литейные

свойства.

Серый чугун на изломе - серый цвет. Он мягче белого чугуна,

хрупок, но хорошо обрабатывается резанием. Имеет высокие

литейные свойства и используется для получения отливок, поэтому

его также называют литейным.

Ковкий чугун. Название «ковкий» условное, т.к. этот чугун

практически не куётся. Получают его путём отжига из белого

чугуна. Он обладает повышенной прочностью, вязкостью, но не

высокой пластичностью.

Высокопрочный чугун получают из серого чугуна введением в

него в жидком состоянии специальных добавок. Он прочнее серого

чугуна и труднее обрабатывается.

Чугуны маркируются буквами и цифрами, например: СЧ 15,

КЧ 35-10, ВЧ 50-7. Буквы обозначают: СЧ - серый чугун, КЧ -

ковкий чугун, ВЧ - высокопрочный чугун, первое число после букв

- временное сопротивление (МПа.10

-1

), второе число - относительное

удлинение (%).

Слово

«марка» в переводе с немецкого языка означает

«отметка», т.е. знак, условное обозначение и т.п.

Сталь.

Общая классификация сталей.

По способу производства.

По качеству.

По назначению.

По химическому составу.

Классификация сталей по способу производства.

Мартеновская

Электросталь

Конвертерная (бессемеровская и томасовская).

Классификация сталей по качеству.

Обыкновенного качества.

Качественные.

Высококачественные.

Классификация сталей по назначению.

Конструкционные.

Инструментальные.

Специальные с особыми свойствами.

Классификация сталей по химическому составу.

Углеродистые.

Легированные стали

Конвертерная сталь - получают в конверторах - стальных

сосудах грушевидной формы. Бессемеровский процесс разработал в

1855-1856 гг. английский изобретатель Генри Бессемер (1813-

1898), томасовский - в 1878 г. английский металлург Сидни

Джилкрист Томас (1850-1885 ).Мартеновскую сталь получают в

мартеновских печах. Способ предложил в 1864 г. французкий

металлург Пьер Мартен (1824 - 1915).

Электросталь

выплавляют

в

электропечах.

Это

наиболее

совершенный способ получения стали. Его предложил в 1802 г.

русский физик и электротехник В.В. Петров (1761-1834). Первый

электросталеплавильный

завод по выплавке стали, получения

сортового проката и металлокорда из металлолома был построен в

Советском Союзе в 1984 г. в г. Жлобине Белорусской ССР.

Основной показатель качества стали - наличие в ней вредных

примесей: серы, фосфора, кислорода, азота и др. Чем меньше в стали

вредных примесей, тем выше её качество.

Стали маркируются сочетанием цифр и букв.

Например, Ст3. Буква Ст обозначает сталь, цифра 3 условный

номер марки стали.

Цифры,

стоящие

в

начале

марки,

указывают,

среднее

содержание углерода в десятых долях процента (инструментальная

сталь У7 0,7 % углерода), сотых долях процента (конструкционная

сталь Ст45 0,45% углерода).

Легированные стали.

Термин

«Легирование»

произошёл

от

немецкого

слова,

означающего «сплавлять», а оно, в свою очередь было образовано от

латинского , означающего «связываю, соединяю». Термин «булат»

произошёл от персидского «пулад» - сталь.

Легирующими сталь элементами являются хром - Х, никель - Н,

вольфрам - В, марганец - Г, молибден - М, ванадий - Ф, алюминий -

Ю и т.д. Цифры после букв - среднее процентное содержание этих

элементов.

Например:

20Х2Н4А -

конструкционная сталь,

содержащая

0,20%

углерода,

хрома

2%,

никеля

4%,

высококачественная.

Цветные металлы.

Лёгкие - аллюминий, магний, титан и д.р.);

Тяжелые - (свинец, медь, цинк и др.);

Благородные - (золото, платина, серебро, и др.);

Редкие - ( вольфрам, молибден, селен, и др.).

Алюминий

-

легкий

металл

серебристо-белого

цвета

с

температурой плавления 660*С. Обладает высокой

электро- и

теплопроводностью, коррозионной стойкостью.

Медь - розово - красный с температурой плавления 1083* .

Обладает высокой электро- и теплопроводностью, пластичьностью

и коррозионной стойкостью.

Цинк - металл синевато-белого цвета с температурой плавления

420*С. Изготавливается в виде чушек и блоков. Используется для

придания антикоррозионной стойкости.

Титан - металл серебристо-белого цвета с температурой

плавления 1665*С. Лёгкий, прочный и устойчивый к агрессивным

средам. Используется в чистом или в виде сплавов с алюминием,

вольфрамом, молибденом, хромом и другими элементами.

Как стойкий, твёрдый и пластичный металл, титан получил своё

название по имени детей неба и земли - Титанов (в древнегреческой

мифологии), не побоявшихся вступить

в борьбу с Зевсом за

обладание небом.

Магний

- самый лёгкий из всех применяемых в технике

металлов. В промышленности магний обычно используется в виде

сплавов с алюминием, марганцем, циком, и другими металлами.

Олово

-

металл

серебристо-белого

цвета,

почти

не

окисляющийся на воздухе. Температура плавления 232*С. Олово,

как и свинец, основа многих припоев. Кроме того, олово входит в

состав всех легкоплавких сплавов.

Свинец - непрочный , весьма пластичный металл (легко гнётся

и режется ножом) синевато-серого цвета в разрезе, быстро после

резки

покрывающийся

серой

плёнкой

окислов.

Температура

плавления его 327*С. Свинец применяют как основу припоев,

защитную оболочку кабелей.

Кадмий - ковкий и почти не окисляющийся на воздухе

серебристо-белый металл, температура плавления 321*С. Приме-

няется для антикоррозионного покрытия сталей. Кроме того,

используют в легкоплавких припоях как присадку, снижающую их

температуру плавления.

Висмут - металл красновато-серого цвета с температурой

плавления 271*С. Применяют висмут для приготовления легкоплав-

ких припоев и сплавов. Именно висмут придает этим припоям

легкоплавкость и , кроме того, прочность.

Сплавы:

На основе алюминия:

Алюминий + кремний = силумин;

Алюминий + медь +магний+марганец = дюралюмин.

На основе меди:

Медь + цинк = латунь;

Медь + любой другой элемент кроме цинка= бронза.

Широкое применение в технике имеют сплавы олова и

свинца с сурьмой и медью -

баббиты. Баббитами заливают

подшипники, работающие

при большой нагрузке. Благодаря

низкому коэффициенту трения они предохраняют шейки валов от

изнашивания и облегчают смазывание трущихся поверхностей.

Твёрдые спечённые сплавы.

Твёрдыми называются сплавы, в состав которых входят такие

тугоплавкие элементы, как вольфрам, молибден, титан, хром и др.

Эти

элементы

образуют

с

входящим

в

сплав

углеродом

исключительно твёрдые соединения - карбиды. Связкой в твёрдых

сплавах служат кобальт, никель, железо и другие металлы.

Из

литых

твёрдых

сплавов

наиболее

распространённым

является - сормайт.

Спечённые твёрдые сплавы получают путём прессования и

спекания порошков карбидов тугоплавких металлов.

Большинство

изделий

из

спечённых

твёрдых

сплавов

используется для оснащения рабочих частей резцов, свёрел, фрез,

развёрток, путём напаек или механического крепления.

Легкоплавкие сплавы на основе свинца, висмута олова, кадмия

в разных процентных соотношениях называются: сплав Розе, сплав

д,Арсе, сплав Вуда.

Так какой же металл или сплав лучше? Один металл хорош

для танка, а другой пригоден лишь для изготовления трубы

самовара. Из некоторых металлов

готовят детали космических

кораблей, а иным металлам только и место, что в школьных перьях.

Каждый металл хорош на своём месте и у каждого - свой

«характер» и свои достоинства.

Список литературы

1.

Научно - популярная литература. «Послушный металл».

Л.А.Ерлыкин. Москва «Детская литература» 1985 г.

2.

«Справочник по трудовому обучению: обработка древесины и

металла, электротехнические и ремонтные работы». И.А.Карабанов.

Москва. «Просвещение» 1992 г.

3.

«Слеварное дело». Е.М.Муравьёв. Москва «Просвещение» 1990 г.