Металлы и их классификация реферат
Обновлено: 02.07.2024
В наше время, несомненно, металлы занимают неотъемлемую часть в жизни каждого человека. Не все люди задумываются об этом, но каждый день мы встречаемся с данным материалом.
Металл, как материал, пригоден для многих изделий, часто обеспечивая им большую прочность и долговечность. В зависимости от способа эксплуатации и областей применения, от данного материала требуются различные свойства.
Металл используется широко не только в металлургии, но и в машиностроении, строительстве, электротехнике и даже в медицине.
Цель работы: рассмотреть область применения металлов; ознакомиться с общими свойствами металлов; изучить технологические свойства металлов.
1 Классификация металлов
Металлы – группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск. [7]
Все металлы делятся на две большие группы: черные и цветные.
Черные металлы – сплав железа с углеродом. Для придания черным металлам специфических свойств к ним добавляют легирующие вещества, то есть вещества, изменяющие физические и химические свойства основного материала.
Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на:
1. Чугун – сплав железа с 2 - 4,3 % углерода (в специальных чугунах – ферросплавах количество углерода может достигать 5 % и более %). В зависимости от формы, в которой углерод находится в чугуне, различают чугуны:
1.1 Серый чугун (литейный), в серых чугунах углерод находится в свободном состоянии в виде графита;
1.2 Белый чугун, углерод находится в связанном состоянии.
2. Сталь – сплав железа с углеродом до 2 %. (Сталь в отличие от чугуна пластична, упруга и обладает высокими технологическими свойствами – способностью обрабатываться). В зависимости от назначения различают:
2.1 Конструкционные стали, содержащие углерода 0,02 - 0,85 %; (Конструкционные стали, применяемые для строительных конструкций и арматуры железобетона, а также в машиностроении, обладают хорошей пластичностью, низкой хрупкостью).
2.2 Инструментальные, имеющие 0,65-1,40 % углерода. (Повышение углерода в инструментальных сталях придает им высокую твердость).
Цветные металлы — все остальные металлы и сплавы на их основе. В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). [7]
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Металлическое состояние объясняется электронным строением. Элементы металла, вступая в химическую реакцию с элементами, являющимися неметаллами, отдают им свои внешние, так называемые валентные электроны. Это является следствием того, что у металлов внешние электроны непрочно связаны с ядром; кроме того, на наружных электронных оболочках немного (всего 1–2), тогда как у неметаллов электронов много (5–8).
Все элементы, расположенные левее галлииндия и таллия – металлы, а правее мышьяка, сурьмы и висмута – неметаллы.
Кроме этого все металлы обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью.
Особенность строения металлических веществ заключается в том, что все они построены в основном из легких атомов, у которых внешние электроны слабо связаны с ядром. Это обуславливает особый характер взаимодействия атомов металла и металлические свойства. Металлы являются хорошими проводниками электрического тока.
Из известных (к 1985 г.) 106 химических элементов 83 – металлы.
2. Классификация металлов
Каждый металл отличается строением и свойствами от другого, тем не менее, по некоторым признакам их можно объединить в группы.
Данная классификация разработана русским ученым Гуляевым А.П. и может не совпадать с общепринятой.
Все металлы можно разделить на две большие группы – черные и цветные металлы.
Черные металлы чаще всего имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочно-земельных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Наиболее типичным металлом этой группы является железо.
Цветные металлы чаще всего имеют характерную окраску: красную, желтую и белую. Обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления. Наиболее типичным элементом этой группы является медь.
Черные металлы в свою очередь можно подразделить следующим образом:
1. Железные металлы – железо, кобальт, никель (так называемые ферромагнетики) и близкий к ним по свойствам марганец. Co, Ni, Mu часто применяют как добавки к сплавам железа, а также в качестве основы для соответствующих сплавов, похожих по своим свойствам на высоколегированные стали.
2. Тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем железа (т.е. выше 1539С). Применяют как добавки к легированным сталям, а также в качестве основы для соответствующих сплавов. К ним относят: Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Tc (технеций), Hf (гафий), Ta(тантал), W, Re (рений).
3. Урановые металлы – актиниды, имеющие преимущественное применение в сплавах для атомной энергетики. К ним относят: Ас(актиний), Th(торий), U(уран), Np(нептуний), Pu(плутоний), Bk(берклий), Cf (калифорний), Md(менделевий), No(нобелий) и др.
4. Редкоземельные металлы (РЗМ) – La(лантан), Ce(церий), Nd(неодим), Sm(санарий), Eu(европий), Dy(диспрозий), Lu(лютеций), Y(иттрий), Sc(сландий) и др., объединяемые под названием лантаноидов. Эти металлы обладают весьма близкими химическими свойствами, но довольно различными физическими (Тип. и др.). Их применяют как присадки к сплавам других элементов. В природных условиях они встречаются вместе и трудно разделимы на отдельные элементы. Обычно используется смешанный сплав – 40–45% Се (церий) и 40–45% всех других РЗМ.
5. Щелочноземельные металлы – в свободном металлическом состоянии не применяются, за исключением особых случаев, например, теплоносители в атомных реакторах. Li(литий), Na, K(калий), Rb(рубидий), Cs(цезий), Fr(франций), Ca(кальций), Sr(стронций), Ba(барий), Ra(радий).
Цветные металлы подразделяются на:
1. Легкие металлы – Ве(берилий), Mg(магний), Al(аллюминий), обладающие малой плотностью.
2. Благородные металлы – Ag(серебро), Pt(платина), Au(золото), Pd(палладий), Os(осмий), Ir(иридий), и др. Сu – полублагородный металл. Обладают высокой устойчивостью против коррозии.
3. Легкоплавкие металлы – Zn(цинк), Cd(кадмий), Hg(ртуть), Sn(олово), Bi(висмут), Sb(сурьма), Pb(свинец), As(мышьяк), In(индий) и т.д., и элементы с ослабленными металлическими свойствами – Ga(галий), Ge(германий).
Применение металлов началось с меди, серебра и золота. Так как они встречаются в природе в чистом (самородном) виде.
Позднее стали восстанавливать металлы из руд – Sn, Pb, Fe и др.
Наибольшее распространение в технике получили сплавы железа с углеродом: сталь (0,025–2,14% С) чугун (2,14–6,76% С); причина широкого использования Fe-C сплавов связано с рядом причин: малой стоимостью, наилучшими механическими свойствами, возможностью массового изготовления и большой распространенностью руд Fe в природе.
Более 90% изготовленных металлов составляет сталь.
Производство металлов на 1980 г.:
Железо – 718 000 тыс. тонн (в СССР до 150 млн тонн в год)
Марганец – > 10 000 тыс. тонн
Алюминий – 17 000 тыс. тонн
Медь – 9 400 тыс. тонн
Цинк – 6200 тыс. тонн
Олово – 5400 тыс. тонн
Никель – 760 тыс. тонн
Магний – 370 тыс. тонн
Золото – > 1,2 тыс. тонн
Стоимость металла – фактор возможности и целесообразности его применения. В таблице показана относительная стоимость разных металлов (за единицу принята стоимость железа, точнее простой углеродистой стали).
Читайте также: