для чего нужно знать свойства металлов и сплавов
Основные механические свойства металлов
Металлы и их сплавы являются одним из самых распространенных материалов для изготовления изделий различных видов. Но так как каждый из типов имеет определенные свойства – перед применением их следует детально изучить.
Зачем нужно знать механические свойства металлов
Металлы относятся к химическим элементам и веществам, которые характеризуются высоким показателем теплопроводности, в большинстве своем имеют жесткость. Под воздействием высоких температур повышается пластичность, обладают ковкостью. Эти характеристики материалов позволяют осуществлять их обработку различными способами.
Металлические материалы и их сплавы характеризуются рядом показателей: химическими, механическими, физическими и эксплуатационными. В совокупности они дают возможность определить фактические характеристики в полном объеме. Выделить наиболее важные из них невозможно. Но для решения определенных задач большее внимание уделяется конкретной группе свойств.
Механические свойства металлов необходимо знать для решения следующих вопросов:
Для определения конкретных механических свойств применяются различные методы. Испытания металлов и сплавов проводятся с помощью специальных приборов. Это делается в лабораторных условиях. Для достижения точных результатов рекомендуется использовать результаты исследований государственных метрологических организаций.
Механические свойства определяют показатель сопротивляемости того или иного материала на внешние силовые воздействия. Для каждого параметра существует определенные числовые показатели.
Твердость
При воздействии внешних факторов на металлические изделия происходит их деформация – пластическая или упругая. Твердость описывает сопротивление этим факторам, характеризует степень сохранения изначальной формы и свойств материала, изделия.
В зависимости от желаемых результатов проверка материала на твердость осуществляется тремя методами:
Измерение твердости зависит от выбранного метода — Бринелля (НВ), Роквелла (шкалы А, В и С) или Виккерса (НV). Все зависит от степени воздействия на материал, с помощью которых можно определить поверхностную, проекционную или объемную твердость.
Шкала Мосса применяется для вычисления показателя твердости редко. Ее суть состоит в вычислении характеристиках объекта методом царапания его поверхности.
Вязкость и хрупкость
Эти характеристики указывают на возможность металла оказывать сопротивление при воздействии ударных нагрузок. Показателем является скорость деформации, т.е. изменение изначальной конфигурации заготовки при внешнем воздействии.
Знание показателя вязкости и хрупкости необходимо для расчета поглощаемой энергии воздействия, которая приводит к деформации металлического образца. В зависимости от необходимых данных различают следующие методы измерения и виды вязкости металлов:
В зависимости от системы измерения существуют различные показатели вязкости:
Помимо метода испытания необходимо учитывать другие механические свойства металлов – температура на его поверхности и в структуре, влажность в помещении и т.д.
Хрупкость является обратным показателем вязкости. Она определяет, насколько быстро металл или сплав будет разрушаться под воздействием внешней силы.
Напряжение
Напряжением называется возникновение внутренних сил с различными векторами направленности при внешнем воздействии. Эта величина может быть внутренняя или поверхностная. Является обязательным для расчета при изготовлении несущих стальных конструкций или элементов оборудования, подвергающихся постоянным нагрузкам.
Главным условием для измерения этого показателя является равномерная нагрузка, действующая в определенном направлении. При этом возникает напряженное состояние образца, который подвергается воздействию уравновешенных сил. Помимо этого, воздействие может быть односекторным или много векторным.
Существуют следующие виды напряжения материалов и их сплавов:
Напряжение является отношением силы воздействия на площадь, на которую она прилагается.
Кроме прямого давления на поверхность может наблюдаться касательное. Расчет этого параметра требует более сложных методик.
Выносливость и усталость
При длительном приложении внешних сил в структуре образца выявляются деформации и дефекты. Они приводят к потере прочности образца и как следствие – к его разрушению. Это называется усталостью металла. Выносливость является обратной характеристикой.
Такое явление наступает в результате появления последовательных напряжений (внутренних или поверхностных) за определенный промежуток времени. Если структура не подвергается изменению – говорят о хорошем показателе выносливости. В противном случае происходит деформация.
В зависимости от точности расчета выполняют следующие испытания образца на выносливость для того, чтобы узнать механические свойства металлов:
Эти испытания позволяют определить показатель выносливости и рассчитать время наступления усталости детали.
Для проведения испытаний необходимо руководствоваться принятыми методиками, которые изложены в ГОСТ-1497-84. Особое внимание уделяется отклонению свойств металла от нормы.
Ползучесть
Этот показатель определяет степень непрерывной пластической деформации при постоянном воздействии внешних и внутренних факторов. Вычисление этого параметра необходимы для определения жаропрочности металлов и их сплавов.
Для определения ползучести образец нагревают до определенной температуры. После этого наблюдают степень изменения его конфигурации с учетом приложенного напряжения. В зависимости от термического воздействия различают два вида испытаний на ползучесть:
Для проведения испытаний используют стандартные образцы прямоугольной или цилиндрической формы. При этом степень погрешности измерения не должна превышать 0,002 мм. В результате испытаний формируется кривая, характеризующая процесс ползучести.
В видеоматериале показан пример работы маятникового копера:
Механические и физические свойства металлов и сплавов
Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.
Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень. чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств. Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.
Зачем нужно знать механические свойства металлов
Основные виды чистых металлов
Металлы относятся к химическим элементам и веществам, которые характеризуются высоким показателем теплопроводности, в большинстве своем имеют жесткость. Под воздействием высоких температур повышается пластичность, обладают ковкостью. Эти характеристики материалов позволяют осуществлять их обработку различными способами.
Металлические материалы и их сплавы характеризуются рядом показателей: химическими, механическими, физическими и эксплуатационными. В совокупности они дают возможность определить фактические характеристики в полном объеме. Выделить наиболее важные из них невозможно. Но для решения определенных задач большее внимание уделяется конкретной группе свойств.
Механические свойства металлов необходимо знать для решения следующих вопросов:
Для определения конкретных механических свойств применяются различные методы. Испытания металлов и сплавов проводятся с помощью специальных приборов. Это делается в лабораторных условиях. Для достижения точных результатов рекомендуется использовать результаты исследований государственных метрологических организаций.
Механические свойства определяют показатель сопротивляемости того или иного материала на внешние силовые воздействия. Для каждого параметра существует определенные числовые показатели.
Старлит
Это пластик, выдерживающий невероятно высокую температуру: его тепловой порог настолько высок, что сначала изобретателю просто не поверили. Лишь после демонстрации возможностей материала в прямом эфире на телевидении, с создателем старлита связались сотрудники Британского Центра Атомного Вооружения.
В отличие от других термостойких материалов, старлит не становится токсичным при высокой температуре, также он невероятно лёгок. Его можно применять при строительстве космических аппаратов, самолётов, огнезащитных костюмов или в военной промышленности, но, к сожалению, старлит так и не покинул пределы лаборатории: его создатель Моррис Уард умер в 2011-м году, не запатентовав своё изобретение и не оставив никаких описаний. Всё, что известно о строении старлита — что в его состав входит 21 органический полимер, несколько сополимеров и небольшое количество керамики.
Твердость
Методика проверки металлов на твердость
При воздействии внешних факторов на металлические изделия происходит их деформация – пластическая или упругая. Твердость описывает сопротивление этим факторам, характеризует степень сохранения изначальной формы и свойств материала, изделия.
В зависимости от желаемых результатов проверка материала на твердость осуществляется тремя методами:
Измерение твердости зависит от выбранного метода — Бринелля (НВ), Роквелла (шкалы А, В и С) или Виккерса (НV). Все зависит от степени воздействия на материал, с помощью которых можно определить поверхностную, проекционную или объемную твердость.
Шкала Мосса применяется для вычисления показателя твердости редко. Ее суть состоит в вычислении характеристиках объекта методом царапания его поверхности.
Сжатие.
Упругие и пластические свойства при сжатии обычно весьма сходны с тем, что наблюдается при растяжении (рис. 2). Кривая соотношения между условным напряжением и условной деформацией при сжатии проходит выше соответствующей кривой для растяжения только потому, что при сжатии поперечное сечение образца не уменьшается, а увеличивается. Если же по осям графика откладывать истинное напряжение и истинную деформацию, то кривые практически совпадают, хотя при растяжении разрушение происходит раньше.
Вязкость и хрупкость
Описание показателя вязкости
Эти характеристики указывают на возможность металла оказывать сопротивление при воздействии ударных нагрузок. Показателем является скорость деформации, т.е. изменение изначальной конфигурации заготовки при внешнем воздействии.
Знание показателя вязкости и хрупкости необходимо для расчета поглощаемой энергии воздействия, которая приводит к деформации металлического образца. В зависимости от необходимых данных различают следующие методы измерения и виды вязкости металлов:
В зависимости от системы измерения существуют различные показатели вязкости:
Помимо метода испытания необходимо учитывать другие механические свойства металлов – температура на его поверхности и в структуре, влажность в помещении и т.д.
Хрупкость является обратным показателем вязкости. Она определяет, насколько быстро металл или сплав будет разрушаться под воздействием внешней силы.
Диметилсульфоксид (DMSO)
Этот химический растворитель сначала появился, как побочный продукт выработки целлюлозы и никак не применялся до 60-х годов прошлого века, когда раскрыли его медицинский потенциал: доктор Джейкобс обнаружил, что DMSO может легко и безболезненно проникать в ткани тела — это позволяет быстро и без повреждения кожи вводить различные препараты.
Его собственные лечебные свойства снимают боль при растяжении связок или, например, воспалении суставов при артрите, также DMSO может использоваться для борьбы с грибковыми инфекциями.
К сожалению, когда его медицинские свойства были открыты, производство в промышленных масштабах уже давно было налажено, и его широкая доступность не позволяла фармацевтическим компаниям получать прибыль. Кроме того у DMSO есть неожиданный побочный эффект — запах изо рта использовавшего его человека, напоминающий чеснок, поэтому он используется в основном в ветеринарии.
Напряжение
Виды напряжений
Напряжением называется возникновение внутренних сил с различными векторами направленности при внешнем воздействии. Эта величина может быть внутренняя или поверхностная. Является обязательным для расчета при изготовлении несущих стальных конструкций или элементов оборудования, подвергающихся постоянным нагрузкам.
Главным условием для измерения этого показателя является равномерная нагрузка, действующая в определенном направлении. При этом возникает напряженное состояние образца, который подвергается воздействию уравновешенных сил. Помимо этого, воздействие может быть односекторным или много векторным.
Существуют следующие виды напряжения материалов и их сплавов:
Напряжение является отношением силы воздействия на площадь, на которую она прилагается.
Кроме прямого давления на поверхность может наблюдаться касательное. Расчет этого параметра требует более сложных методик.
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
Выше речь шла об общих закономерностях поведения металлов под действием механических нагрузок. Чтобы лучше понять соответствующие явления, нужно рассмотреть атомное строение металлов. Все твердые металлы – кристаллические вещества. Они состоят из кристаллов, или зерен, расположение атомов в которых соответствует правильной трехмерной решетке. Кристаллическую структуру металла можно представить как состоящую из атомных плоскостей, или слоев. Когда прикладывается напряжение сдвига (сила, заставляющая две соседние плоскости металлического образца скользить друг по другу в противоположных направлениях), один слой атомов может сдвинуться на целое межатомное расстояние. Такой сдвиг скажется на форме поверхности, но не на кристаллической структуре. Если один слой сдвинется на много межатомных расстояний, то на поверхности образуется «ступенька». Хотя отдельные атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть под микроскопом, ступеньки, образовавшиеся за счет скольжения, хорошо видны под микроскопом и названы линиями скольжения.
Обычные металлические предметы, встречающиеся нам ежедневно, являются поликристаллическими, т.е. состоят из большого числа кристаллов, в каждом из которых своя ориентация атомных плоскостей. Деформация обычного поликристаллического металла имеет с деформацией монокристалла то общее, что она происходит за счет скольжения по атомным плоскостям в каждом кристалле. Заметное же скольжение целых кристаллов по их границам наблюдается только в условиях ползучести при повышенных температурах. Средний размер одного кристалла, или зерна, может составлять от нескольких тысячных до нескольких десятых долей сантиметра. Желательна более мелкая зернистость, так как механические характеристики мелкозернистого металла лучше, чем у крупнозернистого. Кроме того, мелкозернистые металлы менее хрупки.
Выносливость и усталость
Пример деформации из-за усталости металла
При длительном приложении внешних сил в структуре образца выявляются деформации и дефекты. Они приводят к потере прочности образца и как следствие – к его разрушению. Это называется усталостью металла. Выносливость является обратной характеристикой.
Такое явление наступает в результате появления последовательных напряжений (внутренних или поверхностных) за определенный промежуток времени. Если структура не подвергается изменению – говорят о хорошем показателе выносливости. В противном случае происходит деформация.
В зависимости от точности расчета выполняют следующие испытания образца на выносливость для того, чтобы узнать механические свойства металлов:
Эти испытания позволяют определить показатель выносливости и рассчитать время наступления усталости детали.
Для проведения испытаний необходимо руководствоваться принятыми методиками, которые изложены в ГОСТ-1497-84. Особое внимание уделяется отклонению свойств металла от нормы.
Углеродные нано-трубки
Фактически это листы углерода толщиной в один атом, свёрнутые в цилиндры — их молекулярная структура напоминает рулон проволочной сетки, и это самый прочный материал, известный науке. В шесть раз легче, но в сотни раз крепче стали, нано-трубки обладают лучшей теплопроводностью, чем алмаз, и проводят электричество эффективнее меди.
Сами трубки не видны невооружённым взглядом, а в необработанном виде вещество напоминает сажу: чтобы проявились его необыкновенные свойства, надо заставить вращаться триллионы этих невидимых нитей, что стало возможным относительно недавно.
Материал может применяться в производстве кабеля для проекта «лифта в космос», достаточно давно разработанного, но до недавнего времени совершенно фантастичного из-за невозможности создать кабель длиной 100 тыс км, не согнувшийся бы под собственным весом.
Углеродные нано-трубки помогают и при лечении рака груди — их можно помещать в каждую клетку тысячами, а наличие фолиевой кислоты позволяет выявлять и «захватывать» раковые образования, затем нано-трубки облучают инфракрасным лазером, и клетки опухоли при этом погибают. Также материал может применяться в производстве лёгких и прочных бронежилетов…
Термомеханическая обработка
Все без исключения пружинные стали повергаются термомеханической обработке. После нее прочность и износостойкость способна увеличиться в 2 раза. Форму изделию придают в отожженном состоянии, когда сталь имеет максимально возможную мягкость, после чего нагревают до 830-870 С и охлаждают в масляной или водной среде (только для марки 60 СА). Полученный мартенсит отпускают при температуре 480 ºC.
Все требования и рекомендации к этому виду стали описаны в ГОСТ 14959-79. На их основании предприятием разрабатываются более детальные технологические листы, которые отвечают узким параметрам.
Свойства металлов и сплавов
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Южно-Уральский многопрофильный колледж»
Методическая разработка урока
Свойства металлов и сплавов
Галиуллина Динара Данисовна
СВ-141, Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки)
Свойства металлов и сплавов
Девиз урока: «Мощь и сила науки – во множестве фактов, цель – в обобщении».
Формирование представлений студентов о зависимости физических свойств металлов от типа кристаллической решетки и особенности строения атомов, обобщить и систематизировать усвоение свойств металлов и сплавов
Развивать умение; анализировать информацию; сравнивать, делать выводы; пользоваться справочным материалом; логико–смыслового мышления студентов самостоятельную деятельность на уроке.
Воспитать культуру умственного труда, убежденность в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества.
повторить общие свойства металлов средствами эксперимента;
объяснить свойства металлов на основе их внутреннего строения;
углубить и обобщить общие свойства металлов;
развивать умение и навыки экспериментальной деятельности, как основы познавательного процесса;
развивать умение анализировать, сравнивать, обобщать.
способствовать развитию у учащихся логического мышления, умения анализировать и сравнивать, работать с дополнительной информацией.
содействовать формированию представлений о причинно-следственных связях и отношениях, вырабатывать стремление к коллективизму.
формировать мировоззренческое понятие о познаваемости природы как единой картины мира.
Тип урока: Урок систематизации знаний
Интегрированный, с применением ТСО и презентацией, нетрадиционный с использованием инновационных технологий.
Таблицы, карты урока, периодическая система Менделеева, компьютер
Метод обучения : репродуктивный, частично поисковый.
Межпредметные связи : «Химия», «Физика», «Математика»,
І. Организационный этап.
Приветствие, организация внимания учащихся, мотивация их деятельности, формулирование темы и задач урока в сотрудничестве с учащимися.
Добрый день, друзья! Мы рады вас видеть и начать урок. Сегодня мы с вами оказались на корабле в океане Знаний. И от нашего взаимопонимания, дружной работы зависит, насколько успешно мы доплывем до пристани «Перемена». Желаю, чтобы вы на сегодняшнем уроке не были инертными, а были активными, как щелочные металлы, чтобы были восстановителями друг для друга и для всех нас, т.е. представили все свои знания, которыми обладаете по итогам изучения темы, и чтобы по окончании урока ваше настроение поднялось до уровня экзотермической реакции.
ІІ. Актуализация знаний.
Давайте заглянем в мир металлов глазами химии и физики, и подумаем, что означает слово металл? Каков его смысл?
(Слово металл может означать химический элемент и простое вещество)
Какие вопросы мы можем задать, учитывая тему нашего урока?
Какие свойства характерны для металлов?
Почему металлы разные по свойствам?
– Чем объяснить эти свойства?
Разминка «Отгадай название металла» (ставим себе «+»)
Этот элемент содержится в яблоках. В организме человека его содержание составляет около 5 г, 75% которого входит в состав гемоглобина крови. Академик Ферсман говорил, что этот элемент – не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы. Оно – основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда. (Железо)
. Этот элемент особенно нужен растущему детскому организму. У взрослого человека без него ломаются кости, не свертывается кровь, сердце работает плохо. Моллюск без него дома не построит, черепаха без крыши останется, а курице и яйцо упаковать не во что будет. (Кальций)
Если вы разбили термометр, то не играйте блестящей капелькой. Ее пары ядовиты. Этот металл единственный из всех находится в жидком состоянии (Ртуть)
Вещество, образованное данным химическим элементом, чрезвычайно стойко химически и в тоже время совместимо с тканями человека. Поэтому он незаменим в восстановительной хирургии. (Тантал)
Серебристо-белый, легкий, пластичный, с высокой электропроводимостью. Химически активен (на воздухе покрывается защитной пленкой). По распространенности в природе занимает 3-е место. Его оксиды и гидроксиды проявляют амфотерные свойства. Сплавы этого металла остаются основным конструкционным материалом авиакосмической техники. Объем их применения в настоящее время составляет около 70% от общего количества конструкционных материалов в планере самолетов. Эти сплавы также широко применяются во многих типах ракет, морских и речных судов, автомобилей, вагонов скоростных поездов. До 19 в. был очень дорог. Так, Наполеон III заказал из него пуговицы, а Менделееву в 1889 г. были подарены весы с чашами из золота и …. (Алюминий)
В Интернете в 1995 г. появилось сообщение, что у студентки Пекинского университета внезапно начались головокружения, сильные кишечные спазмы, жгучие боли в ладонях и ступнях. Затем у нее прядями стали выпадать волосы. Родители срочно отправили ее в больницу, но девушка погрузилась в кому. По мнению врачей, головокружения и боли в ладонях и ступнях, а также в суставах указывали на серьезное невралгическое расстройство. Однако пункция позвоночника не выявила никаких отклонений. Анализы отравление мышьяком и свинцом также оказались отрицательными. Действие, какого металла на организм человека связано с выпадением волос? (Таллий)
Об этом писала в одном из своих детективов Агата Кристи. И дополнительный вопрос: о каком детективе идет речь?
III. Обобщение и систематизация знаний
Семь металлов создал свет
По числу семи планет:
Дал нам космос на добро:
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец…
И спеши, мой сын узнать –
Всем им ртуть родная мать.
В древности были известны только эти семь металлов. Алхимики считали, что каждому металлу соответствует своя планета, которая управляет его судьбой на Земле, поэтому металл обозначали знаком планеты. Меди была посвящена Венера, Марсу соответствовало гремящее в боях железо, серебру – Селена (Луна), золоту – Гелиос (Солнце), олову – Юпитер, свинцу – Сатурн и ртути – Меркурий. Алхимики полагали, что металлы рождаются в недрах Земли под влиянием лучей Солнца. Само слово “металл” произошло от греческого слова “металлон”, что означает “шахта.
Сейчас мы знаем их значительно больше и многое можем рассказать о их свойствах.
Свойства металлов делятся на: физические, химические, механические и технологические.
вязкость, жидкотекучесть, ковкость, магнитные свойства, металлический блеск, обрабатываемость резанием, плавкость, пластичность, прокаливаемость, прочность, расширяемость при нагревании, свариваемость, твердость, теплопроводность, удельный вес, упругость, цвет, электропроводность.
удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширяемость при нагревании, металлический блеск.
окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость.
Разберем подробнее некоторые из свойств:
Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах. При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.
Плотность — вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах. Например, углеродистая сталь имеет плотность, равный 7,8 г/см.
Теплопроводность — способность металла проводить тепло — измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за единицу времени. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.
Электропроводность — способность тела (среды) проводить электрический ток,
Температура плавлени я — температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чистые металлы плавятся при одной постоянной температуре, а сплавы — в интервале температур.
Расширение металлов при нагревании является важной характеристикой. Поскольку при сварке происходит местный нагрев (нагрев лишь небольшого участка изделия), то изделие в различных частях нагревается до разных температур, что приводит к деформированию изделия.
Усадка — уменьшение объема расплавленного металла при его охлаждении. В процессе усадки металла сварного шва наблюдается деформирование детали, появляются трещины или образуются усадочные раковины. Каждый металл имеет свою величину усадки. Чем она больше, тем труднее получить качественное соединение.
Под химическими свойствами металлов подразумевается их способность вступать в соединение с различными веществами и в первую очередь с кислородом.
Окисляемость — способность металла вступать в реакцию с кислородом под воздействием окислителей.
Чем легче металл вступает в соединение с вредными для него элементами, тем легче он разрушается. Разрушение металлов под действием окружающей их среды (воздуха, влаги, растворов солей, кислот, щелочей) называется коррозией.
Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела.
Упругость — свойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов.
Пластичность — способность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.
Вязкость — способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).
Технологические свойства определяют пригодность металла к обработке тем или иным способом.
Свариваемость — свойство металлов давать доброкачественные соединения при сварке, характеризующиеся отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах, причем иногда металл хорошо сваривается одним методом и неудовлетворительно— другим. Например, дюралюминий удовлетворительно сваривается точечной сваркой и плохо — газовой, чугун хорошо сваривается газовой сваркой с подогревом и плохо — дуговой и т. д.
Жидкотекучесть — способность расплавленных металлов и сплавов заполнять литерную форму.
Ковкость — способность металлов и сплавов изменять свою форму при обработке давлением.
Обрабатываемость резанием — способность металла более или менее легко обрабатываться острым режущим инструментом (резцом, фрезой, ножовкой и т. д.) при различных операциях механической обработки (резание, фрезерование и т.д.).
Итак, металл может означать и химический элемент, и простое вещество
( из 109 химических элементов- 85 металлы)
1.Небольшое число электронов на В.Э.У.
2.Способность легко отдавать внешние электроны.
4.Сравнительно большой атомный радиус
3.Металлический блеск, непрозрачность Ag
Заполните пропуски нужными словами:
12 верно – оценка «5»
По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они сравнительно легко отдают валентные электроны, переходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются. Восстановительную активность металла в химических реакциях, протекающих в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов, или ряду стандартных электродных потенциалов металлов.
Чем левее стоит металл в ряду стандартных электродных потенциалов, тем более сильным восстановителем он является, самый сильный восстановитель – металлический литий, золото – самый слабый, и, наоборот, ион золото (III) – самый сильный окислитель, литий (I) – самый слабый.
Каждый металл способен восстанавливать из солей в растворе те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него, например, железо может вытеснять медь из растворов ее солей. Однако следует помнить, что металлы щелочных и щелочноземельных металлов будут взаимодействовать непосредственно с водой.
Металлы, стоящее в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов разбавленных кислот, при этом растворяться в них.
Восстановительная активность металла не всегда соответствует его положению в периодической системе, потому, что при определении места металла в ряду учитывается не только его способность отдавать электроны, но и энергия, которая затрачивается на разрушение кристаллической решетки металла, а также энергия, затрачиваемая на гидратацию ионов.
Взаимодействие с простыми веществами
Расставьте коэффициенты, где это необходимо:
Щелочные металлы, за исключением лития, образуют пероксиды:
С галогенами металлы образуют соли галогеноводородных кислот, например,
С серой металлы образуют сульфиды –
соли сероводородной кислоты:
С азотом некоторые металлы образуют нитриды,
реакция практически всегда протекает при нагревании:
С углеродом образуются карбиды
(окислительно-восстановительная (редокс) реакция)
С фосфором – фосфиды:
Металлы могут взаимодействовать между собой,
образуя интерметаллические соединения :
Металлы могут растворяться друг в друге при высокой температуре без взаимодействия, образуя сплавы.
О сплавах вы побеседуете с преподавателем материаловедения, а пока ответьте на вопросы теста (подчеркните правильные ответы)
В побочных подгруппах Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева расположены:
Неметаллы Частицы; Атомы ; Металлы.
В чем растворили натрий, если продукт – щелочь:
В кислоте; В спирте; В сиропе; В воде.
Элемент № 20 на внешнем энергетическом уровне имеет электроны в количестве:
Дополните слова Ф.И.Тютчева: «Я помню время …»
Былое; Счастливое; Непростое; Золотое.
Коррозию металлов останавливают:
Катализаторы; Окислители; Ферменты; Ингибиторы.
Этот металл способен убивать не только микроорганизмы, но и является составной частью тканей любого животного и растительного организма:
Кальций; Серебро ; Олово; Свинец.
Твердый металл, используемый при изготовлении нитей накаливания электроламп:
Вольфрам ; Медь; Алюминий; Хром.
Название одного из способов получения металлов:
Коксование; Алюминотермия ; Гидролиз; Кристаллизация.
В состав гемоглобина входит элемент:
Ртуть; Серебро; Железо ; Кальций.
А вы знаете сколько всего элементов в системе Д.И. Менделеева?
На сегодняшний момент таблица Менделеева состоит из 118 элементов,
но 6 элементов пока не получили свое название, так как еще не открыты
А сколько из них металлов?
82 элемента являются металлами.
Сможете найти процентное отношение металлов и неметаллов?
Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д. Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла. В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.
Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы – твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.
Существует несколько способов классификации сплавов:
по способу изготовления (литые и порошковые сплавы);
по способу получения изделия (литейные, деформируемые и порошковые сплавы);
по составу (гомогенные и гетерогенные сплавы);
по характеру металла – основы (черные –основа Fe, цветные – основа цветные металлы и сплавы редких металлов – основа радиоактивные элементы);
по числу компонентов (двойные, тройные и т.д.);
по характерным свойствам (тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие и др.);
по назначению (конструкционные, инструментальные и специальные).
Свойства сплавов зависят от их структуры. Для сплавов характерны структурно-нечувствительные (определяются природой и концентрацией элементов, составляющих сплавы) и структурно-чувствительные свойства (зависят от характеристик основы). К структурно-нечувствительным свойствам сплавов относятся плотность, температура плавления, теплоту испарения. тепловые и упругие свойства, коэффициент термического расширения.
Все сплавы проявляют свойства, характерные для металлов: металлический блеск, электро- и теплопроводность, пластичность и др.
Также все свойства, характерные для сплавов можно разделить на химические (отношение сплавов к воздействию активных сред – вода, воздух, кислоты и т.д.) и механические (отношение сплавов к воздействию внешних сил).
Определите названия сплавов по их составу и свойствам. И впишите их в столбец таблицы
Приборы, предметы быта
95% алюминия, магния, меди, марганца
Сплав ртути с различными металлами
В зависимости от содержания ртути, может при комнатной температуре быть твердой, жидкой или полужидкой
Железо, углерода1,7-4,3%,кремния до 4%, марганец 1,5%
Мягкий, хрупкий, твердый
Железо,2% углерода, марганец, сера
Высокая температура плавления, большой предел прочности
Пайка железных предметов
Амальгама, Дюралюминий, Латунь, Припой, Сталь, Чугун,
Сталь повсюду – главная деталь! А как узнать какую сталь лучше использовать в различных областях производства?
Для этого существуют марки стали – то есть классификация сталей по их химическому составу и физическим свойствам. В России, США, Европе, Японии используются различные способы маркировки для аналогичных сталей.
Одним из важнейших параметров, по которому стали делят на различные классы, является химический состав. Среди сталей по данному критерию выделяют легированные и углеродистые, последние подразделяются на мало- (углерода до 0,25 %), средне- (0,25-0,6 %) и высокоуглеродистые (в них содержится больше 0,6 % углерода).
Классификация сталей осуществляется и по их назначению. Так, выделяют инструментальные и конструкционные виды, марки, отличающиеся особыми физическими свойствами. Инструментальные виды используются для производства штамповых, мерительных, а также режущих инструментов, конструкционные – для выпуска продукции, применяемой в строительстве и сфере машиностроения. Из сплавов, отличающихся особыми физическими свойствами (также называемых прецизионными), изготавливают изделия, которые должны обладать особыми характеристиками (магнитными, прочностными и др.).
Кроме полезных элементов, сталь включает и вредные примеси, к основным из которых относятся сера и фосфор. В ней также находятся газы в несвязанном состоянии (кислород и азот), что негативно отражается на ее характеристиках: фосфор увеличивает хрупкость сплава, особенно сильно проявляющуюся при низких температурах (так называемая хладноломкость), а сера вызывает появление трещин в металле, нагретом до высокой температуры (красноломкость). Фосфор, ко всему прочему, значительно уменьшает пластичность нагретого металла.
Расшифровать марку стали довольно просто, необходимо только владеть определенными сведениями. Конструкционные стали, обладающие обыкновенным качеством и не содержащие легирующих элементов, маркируют буквосочетанием «Ст». По цифре, идущей после букв в названии марки, можно определить, сколько в таком сплаве углерода (исчисляется в десятых долях процента). За цифрами могут идти буквы «КП»: по ним становится ясно, что данный сплав не до конца прошел процесс раскисления в печи, соответственно, он относится к категории кипящего. Если название марки не содержит таких букв, то сталь соответствует категории спокойной. Конструкционная нелегированная сталь, относящаяся к категории качественных, имеет в своем обозначении две цифры, по ним определяют среднее содержание в ней углерода (исчисляется в сотых долях процента).
Классификация сталей с легирующими элементами включает несколько категорий. Маркировка легированных сталей составляется по определенным правилам, знание которых позволяет достаточно просто определить категорию конкретного сплава и основную область его применения. В начальной части названий таких марок находятся цифры (две или одна), показывающие содержание углерода. Две цифры указывают на его среднее содержание в сплаве в сотых долях процента, а одна – в десятых. Есть и стали, не имеющие в начале названия марки цифр. Это означает, что углерод в этих сплавах содержится в пределах 1%.
Буквы, которые можно увидеть за первыми цифрами названия марки, указывают на то, из чего состоит данный сплав. За буквами, дающими информацию о том или ином элементе в его составе, могут стоять или не стоять цифры. Если цифра есть, то по ней определяется (в целых процентах) среднее содержание указанного буквой элемента в составе сплава, а если цифры нет, значит, данный элемент содержится в пределах от 1 до 1,5%. 
Расшифруйте марки стали.
У10 – углеродистая, содержит 0,1 % углерода.
У8А – углеродистая, содержит 0,1 % углерода, высоеокачественная
12Х18Н10Т – конструкционная, содержит следующие сведения: 0,12 % углерода, 18 % хрома (Х), 10 % никеля (Н) и небольшое содержание титана (Т), не превышающее 1,5 %.
15ХСНД – содержание углерода: 0,15% Хрома (Х), кремния (С), никеля (Н) и меди (Д) здесь очень мало (до 1-1,5%), поэтому цифры за буквой не ставятся.
40ХГТР – сталь конструкционная, легированная, качественная, содержащая 0,4% углерода и по 1% хрома, марганца, титана, бора, остальное – железо и примеси.
38Х2МЮА – сталь конструкционная, легированная, высококачественная, содержащая 0,38% углерода, 2% % хрома, 1% молибдена, алюминия, остальное- железо и примеси.
ХВГ – сталь конструкционная, легированная, качественная, содержащая 1% углерода и по 1% хрома, марганца, остальное – железо и примеси.
ШХ15 – сталь подшипниковая, инструментальная, качественная, содержащая 1% углерода, 1,5% хрома, остальное-железо.
Р10К5Ф5 – сталь быстрорежущая, инструментальная, качественная, содержащая 1% углерода, 10% вольфрама, 5% кобальта, 5% ванадия, остальное-железо.
А теперь проведем небольшую самостоятельную работу. Название работы «На стыке наук». Вам будет предложены задачи на знание различных свойств металлов, а для их решения пригодятся знания по математике, физике, и даже истории и литературе.
Этот элемент применялся только как ювелирный металл. Позже его использовали во время Великой Отечественной войны для изготовления бронированных орудий и танков, в частности легендарного
Предприниматель – сварщик принимает заказ на изготовление металлической конструкции. При этом сварщик должен закупить материал: стальной лист, электроды. С точки зрения заказчика эта работа может стоить не более указанной суммы. Требуется оценить эффективность такого заказа с точки зрения экономической выгоды предпринимателя.
Заказ: сварить конструкцию из равнобедренного треугольника и квадрата. Стороны треугольника a=b=13см, c=10см; сторона квадрата d=10см. Заказчик готов заплатить не более 500 руб. Стоимость 1 м2 металла составляет 1000 руб.
Заказ: сварить конструкцию из треугольника и прямоугольника. Стороны треугольника
a=3дм, b=4дм, c=5дм; стороны прямоугольника d= 40см, f= 42 см. Заказчик готов заплатить не более 2000 руб. Стоимость 1 м 2 металла составляет 1000. руб.
Чему равна масса практическая сульфата бария, который получен при взаимодействии 15г хлорида бария с серной кислотой, если выход продукта составляет 93%.
При разложении 175 г хлората калия KClO 3 образовались кислород и хлорид калия. Массовая доля выхода продукта реакции составила 95%. Вычислите практическую массу хлорида калия, полученного при данной реакции
Соли, какого металла придают жесткость воде и образуют накипь?
Какой металл входит в состав эмали зубов?
Металлическая деталь массой 949 г имеет объем 130 куб. дм. Какой это металл?
Чугунный шар имеет массу 70 кг, а объем 10 куб. дм. Определить, сплошной этот шар или полый (с пустотами).
Исправьте ошибки в художественных произведениях
У поэта И. Сельвинского мы читаем:
Это просто кальций…
Ржавеет золото и истлевает сталь,
Крошится мрамор. К смерти все готово.
Какую ошибку допустил А.С. Пушкин в поэме «Медный всадник»?
«Ртуть стоит в таблице элементов рядом с золотом, ей не хватает всего двух нейтронов, чтобы стать золотом».
Наш урок близится к своему завершению в качестве домашнего задания, мы предлагаем вам решить кроссворд по теме «металлы».