Металлы в космосе реферат

Обновлено: 05.07.2024

Космохимия или Химическая космология — область химии, наука о химическом составе космических тел, законах распространённости и распределения химических элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества. Космохимия исследует преимущественно холодные процессы на уровне атомно-молекулярных взаимодействий веществ .

Главная задача космохимии – стремление объяснить на химической основе происхождение и историю космических тел, изучение их эволюции на основе состава и распространенности химических элементов.

До второй половины XX века исследования состава космических тел и химических процессов в космическом пространстве осуществлялись несколькими способами. Первый — изучение химического и фазового состава метеоритов. Второй способ — спектральный анализ вещества звезд и внешних слоев атмосферы планет. Свет от объекта пропускают через призму и разлагают на спектры. После делают выводы о характеристиках испустившего свет объекта. Спектральный анализ позволил открыть некоторые ранее неизвестные элементы, например, рубидий и цезий. Только спектральный анализ помог определить химический состав нашего светила и других звёзд. Благодаря ему обнаружился и гелий, причём, на Солнце его открыли на 27 лет раньше, чем на Земле. Приняв на вооружение эффект Доплера, стало возможным измерение лучевых скоростей тысяч звёзд, газовых туманностей и других внегалактических объектов.

Спектральные методы анализа. виды спектральных методов анализа

. веществ. Каждое вещество поглощает определенное количество света, обусловленное его природой или концентрацией. Абсорбционный спектральный анализ в ультрафиолетовой видимой и инфракрасной областях спектра. Различают спектр фотометрический и фотоколориметрический методы. Спектрофотометрический метод анализа .

Благодаря развитию астрофизики и космонавтики расширились возможности получения информации, относящейся к космохимии. Стали возможными непосредственное исследование пород Луны при участии космонавтов или путём забора образцов грунта автоматическими аппаратами и поиски молекул в межзвездной среде посредством методов радиоастрономии(путём исследования электромагнитного излучения космических объектов в диапазоне радиоволн).

Это привело к фундаментальным открытиям: установлению широкого распространения пород базальтового состава на поверхности Луны, Венеры, Марса; определению состава атмосфер ближайших планет; выяснению определяющей роли ударных процессов в формировании структурных и химических особенностей поверхности планет и образовании реголита и других веществ. Как оказалось, и на нашей планете, и на далёких звёздах присутствуют одинаковые химические элементы.

Глава 1. Химические элементы в космосе

Самый распространенный элемент Вселенной – водород. Он составляет основную массу Солнца, звезд и других космических тел. В недрах звезд на определенной стадии их эволюции протекают разнообразные термоядерные реакции с участием водорода. Они и являются источником неисчислимого количества энергии, излучаемого звездами в космическое пространство. Распространенность водорода на Земле существенно иная, ведь в свободном состоянии он встречается крайне редко.

На агрегатное и фазовое состояние вещества в космосе на разных стадиях его превращений оказывают разностороннее влияние огромный диапазон температур и давлений; глубоко проникающие галактическое и солнечное излучения различного состава и интенсивности; излучения, сопровождающие превращения нестабильных атомов в стабильные. При этом процессы фракционирования вещества в космосе касаются не только атомного, но и изотопного состава. Определение изотопных равновесий, возникших под влиянием излучений, позволяет глубоко проникать в историю процессов образования вещества планет, астероидов, метеоритов и устанавливать возраст этих процессов. Благодаря экстремальным условиям в космическом пространстве протекают процессы и встречаются состояния вещества, не свойственные Земле: плазменное состояние вещества звёзд; конденсация Не, CH4, NH3 и других легколетучих газов в атмосфере больших планет при очень низких температурах; образование нержавеющего железа в космическом вакууме при взрывах на Луне; хондритовая структура вещества каменных метеоритов; образование сложных органических веществ в метеоритах.

Глава 2. Химия межзвездной среды

В 1859 году, благодаря исследованиям немецкого физика Густава Кирхгофа и химика Роберта Бунзена появился спектральный анализ, и 1860-е годы стали временем бурного расцвета звездной спектроскопии.

Благодаря усилиям английского астронома-любителя Уильяма Хеггинса накапливались доказательства наличия газа в пространстве между звездами. Он стал пионером научных исследований межзвездной материи. С 1863 года он публиковал результаты спектроскопического исследования некоторых туманностей и продемонстрировал, что спектры туманностей в видимом диапазоне сильно отличаются от спектров звезд. Основной вывод Хеггинса: получено наблюдательное подтверждение предположения о том, что в космосе помимо звезд есть диффузное вещество, распределенное по значительным объемам пространства.

Межзвездная среда и туманности

. Итак, в процессе эволюции галактик происходит круговорот вещества: межзвездный газ -> звезды -> межзвездный газ, приводящий к постепенному увеличению содержания тяжелых элементов в межзвездном газе и звездах и уменьшению количества межзвездного газа в каждой из галактик. Не исключено, что в истории Галактики .

В 1904 году, немецкий астроном Йоханнес Хартманн заметил, что более холодный или разреженный межзвездный газ выдает свое присутствие, оставляя в звездных спектрах собственные линии поглощения, которые рождаются не в атмосфере звезды, а, на пути от звезды к наблюдателю. Исследование линий излучения и поглощения межзвездного газа позволило к 1930-м годам довольно хорошо изучить его химический состав и установить, что он состоит из тех же элементов, которые встречаются и на Земле. Так же в конце 1930-х годов было окончательно доказано существование межзвездных молекул.

Одна из особенностей химических реакций в межзвездной среде — доминирование двухчастичных процессов: стехиометрические коэффициенты всегда равны единице.

В 1950-х годах стало известно, что в межзвездной среде больше всего содержится водорода. По современным представлениям, межзвездное вещество — это водород, гелий и лишь 2% по массе более тяжелых элементов. Значительная часть этих тяжелых элементов, особенно металлов, находится в пылинках. Полная масса межзвездного вещества в диске нашей Галактики — несколько миллиардов масс Солнца, или 1–2% от полной массы диска. А масса пыли примерно в сто раз меньше массы газа.

Вещество распределено по межзвездному пространству неоднородно. Его можно разделить на три фазы: горячую, теплую и холодную. Горячая фаза — это очень разреженный корональный газ, ионизованный водород с температурой в миллионы кельвинов, занимающий примерно половину объема галактического диска. Теплая фаза, на долю которой приходится еще половина объема диска, имеет температуру 8000–10 000 К.. Водород в ней может быть и ионизованным, и нейтральным. Температура холодной фазы не более 100 K, а в самых плотных областях мороз до единиц кельвинов. Холодный нейтральный газ занимает всего около процента объема диска, но масса его составляет примерно половину всей массы межзвездного вещества.

Поскольку водород — основной компонент межзвездной среды, названия различных фаз отражают состояние именно водорода. Ионизованная среда — это среда, в которой ионизован водород, другие атомы могут сохранять нейтральность. Нейтральная среда — это среда, в которой водород нейтрален, хотя другие атомы могут быть ионизованы. Плотные компактные облака, предположительно состоящие в основном из молекулярного водорода, называются молекулярными облаками.

Глава 3. Молекулы в межзвездной среде

Вода как реагент и как среда для химического процесса (аномальные свойства воды)

. Для одних и тех же атомов водорода и кислорода вода не является постоянной формой нахождения. Растения в процессе фотосинтеза разлагают воду . выделяя кислород в атмосферу. Разложение воды происходит в условиях биосферы и при процессах химического .

Излучение молекул связано с наличием у них дополнительных степеней свободы. Молекула может вращаться, вибрировать, совершать более сложные движения, с каждым из которых связан набор энергетических уровней. Переходя с одного уровня на другой, молекула, так же, как и атом, поглощает и излучает фотоны. Энергетика этих движений невысока, поэтому они с легкостью возбуждаются даже при низких температурах в молекулярных облаках. Фотоны, соответствующие переходам между молекулярными энергетическими уровнями, попадают в невидимый диапазон, поэтому исследования излучения молекул начались, когда у астрономов появились инструменты для наблюдений в длинноволновых диапазонах.

Так как молекулу CO легче всего обнаружить, её используют как индикатор наличия молекулярного газа.

В ледяных мантиях пылинок тоже идут химические реакции, главным образом связанные с добавлением атомов водорода к примерзшим молекулам. Например, последовательное присоединение атомов H к молекулам CO в ледяных оболочках пылинок приводит к синтезу метанола. Чуть более сложные реакции, в которых помимо водорода участвуют и другие компоненты, ведут к появлению и других многоатомных молекул. Когда в недрах ядра загорается молодая звезда, ее излучение испаряет мантии пылевых частиц, и продукты химического синтеза появляются в газовой фазе, где их также удается наблюдать.

Глава 4. Космохимия в наши дни

Помимо ион-молекулярных в межзвездной среде происходят и другие процессы: и нейтраль-нейтральные реакции, и фотореакции (ионизации и диссоциации), и процессы обмена компонентами между газовой фазой и пылинками. В современные астрохимические модели приходится включать сотни различных компонентов, связанных между собой тысячами реакций. Важно вот что: количество моделируемых компонентов существенно превышает то количество, что реально наблюдается, поскольку из одних только наблюдаемых молекул составить работающую модель не удается.

Все современные данные о химических реакциях в межзвездной и околозвездной среде собраны в специализированных базах данных, из которых наиболее популярны две: UDFA (UMIST Database for Astrochemistry) и KIDA (Kinetic Database for Astrochemistry).

Эти базы данных, представляют собой списки реакций с двумя реагентами, несколькими продуктами и численными параметрами, позволяющими рассчитать скорость реакции в зависимости от температуры, поля излучения и потока космических лучей. Реакции, включенные в эти наборы, позволяют количественно объяснить результаты наблюдений молекулярного состава объектов разного возраста и при разных физических условиях.

Сегодня космохимия развивается в четырех основных направлениях.

Во-первых, большое внимание привлекает к себе химия изотопомеров, в первую очередь химия соединений дейтерия. Помимо атомов водорода ( H ) в межзвездной среде присутствуют также атомы дейтерия ( D ).

Помимо молекул H2 на пылинках образуются также молекулы HD. В холодной среде реакция:

H3+ + HD → H2D+ + H2 не уравновешивается обратным процессом. Ион H2D+ играет в химии роль, аналогичную роли иона H3+, и через него атомы дейтерия начинают распространяться по более сложным соединениям. Итог оказывается достаточно интересным: при общем отношении D/H порядка 10–5 отношение содержания некоторых дейтерированных молекул к содержанию недейтерированных аналогов (например, HDCO к H2CO, HDO к H2O) достигает процентов и даже десятков процентов. Аналогичное направление совершенствования моделей — учет различий в химии изотопов углерода и азота.

Основные классы неорганических соединений и типы химических реакций

. химическое свойство оснований - способность образовывать с кислотами соли. Например, при взаимодействии перечисленных оснований с соляной кислотой получаются хлористые соли соответствующих . молекуле кислоты, способных замещаться на металл с образованием соли. Такие кислоты, как соляная и уксусная, могут служить примерами одноосновных кислот, серная кислота - двухосновна, ортофосфорная кислота .

Во-вторых, одним из основных астрохимических направлений остаются реакции на поверхностях пылинок. Здесь проводится большая работа по изучению особенностей реакций в зависимости от свойств поверхности пылинки и от ее температуры. До сих пор неясны детали испарения с пылинки синтезировавшихся на ней органических молекул.

В-третьих, химические модели постепенно проникают все глубже в исследования динамики межзвездной среды, в том числе в исследования процессов рождения звезд и планет. Это проникновение очень важно, поскольку оно позволяет напрямую соотносить численное описание движений вещества в межзвездной среде с наблюдениями молекулярных спектральных линий. Кроме того, эта задача имеет и астробиологическое приложение, связанное с возможностью попадания межзвездной органики на формирующиеся планеты.

В-четвертых, все больше становится наблюдательных данных о содержании различных молекул в других галактиках, в том числе и в галактиках на больших красных смещениях. Это означает, что мы можем изучать химический состав других галактик.

Заключение:

Благодаря космохимии, на основе состава и распространенности химических элементов, мы можем понять происхождение космических тел и их эволюцию. Что в будущем поможет нашим ученым выстроить единую картину мира.

Сейчас, космохимия занимается только изучением состава космических тел, но я уверенна, что в будущем, космохимия найдет и практическое применение. На основе полученных знаний, будут синтезироваться новые вещества, создание которых не возможно на Земле.

Список использованной литературы

1. Аллер Л. Х., , пер. с англ., М., 1963

3. Дмитрий Зигфридович Вибе,

4. Тейлер Р. Дж., Происхождение , пер. с англ., М.. 1975

5. Шкловский И. С., Звезды: их рождение, жизнь и смерть, 3 изд., М., 1984.

Примеры похожих учебных работ

По гигиене. по гигиене. Особенности состава воздушной среды помещений, аптек

Межзвездная среда и туманности

. тяжелых элементов в межзвездном газе и звездах и уменьшению количества межзвездного газа в каждой из галактик. Не исключено, что в истории Галактики могли происходить задержки звездообразования на миллиарды лет. Межзвездная пыль Мелкие твердые .

Влияние работы атомных станций на окружающую природную среду

. на 1985 год. [7] ГЛАВА 2 ТЕХНОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных . атомной электростанции На рисунке 1.2 показана схема работы атомной электростанции .

Ток в различных средах

. в металле, то электрическая проводимость у электролитов всегда существенно меньше электрической проводимости металлов. Вследствие . превышающую незаряженных частиц, обладает электронной и ионной проводимостью. 2.Ток в жидкостях. Происхождение .

Состояние воздушной среды и ее основные естественные и искусственные загрязнители (2)

. здоровье человека веществ, загрязняющих атмосферу. 1. Воздушная среда Воздушная среда может быть: наружной. В ней большинство . данном реферате показано: каковы главные факторы, загрязняющие атмосферу, нынешнее состояние окружающей среды Калининградской .

Вода как реагент и как среда для химического процесса (аномальные свойства воды)

. и тех же атомов водорода и кислорода вода не является постоянной формой нахождения. Растения в процессе фотосинтеза разлагают воду . выделяя кислород в атмосферу. Разложение воды происходит в условиях биосферы и при процессах химического .

Содержание

1 Основные сведения о металлах, применяемых в космическом технике 3
1.1 Жаропрочность 6
1.2 Тугоплавкие металлы -
2 Металлы применяемые в космическом кораблестроении 9
2.1 Бериллий….……………………………………………………………………………………-
2.2 Стали.…………………………………………………………………………10
2.3 Титановые сплавы . ………………………………………………………. 12
2.4 Магниевые сплавы…………………………………………………………. 13
2.5 Алюминиевые сплавы………………………………………………………. -
2.6 Космическое золото.…………………………………………………. ……15
Библиографический список 17

Прикрепленные файлы: 1 файл

Металлы применяемые в космической технике - копия.docx

1 Основные сведения о металлах, применяемых в космическом кораблестроении

История аэронавтики и астронавтики показала, что определение главных направлений или национальных целей оказывает большое влияние на развитие техники. Основу развития техники составляют знания о свойствах материалов. Решение всей совокупности сложных конструкционных, схемотехнических и технологических задач при разработке, создании и эксплуатации космических средств невозможно без широкого развития и внедрения результатов космического материаловедения. При разработке космических средств требуются новые материалы, которые должны выдерживать нагрузки космических полетов (высокие температура и давление, вибрационные нагрузки на этапе выведения, низкие температуры космического пространства, глубокий вакуум, радиационное воздействие, микрочастицы и т.д.) и иметь достаточно низкую удельную массу. Весь спектр сильных, зачастую с резкими переходами воздействий на металлические и неметаллические конструкции и элементы оказывает существенное влияние на их глубинные структурные свойства и, как следствие, на надежность и долговечность космических средств различного назначения.

Металлы – основные конструкционные материалы для изделий ракетно-космической техники, их масса в массе сухих изделий составляет более 90 %. Поэтому совершенствование тактико-технических характеристик изделий во многом определяется свойствами применяемых сплавов. За последние годы разработано и в дальнейшем получит новое развитие поколение алюминиевых сплавов, легированных литием и скандием. Замена традиционных сплавов новыми позволит снизить массу узлов изделий РКТ на 10. 30 % в зависимости от типа конструкции. Технология получения деталей из новых гранулированных сплавов наряду с возможностью повышения рабочих температур до Т=850 °С обеспечит снижение массы узлов на 10. 30 %.

Революционные решения в создании перспективных изделий РКТ может обеспечить новый класс конструкционных материалов – интерметаллиды (химические соединения титан – алюминий, никель – алюминий и др.). Эти материалы имеют низкую плотность (ρ=3,7. 6,0 г/см3) и обладают высокой жаропрочностью (до Т=1200 °С), высокими характеристиками коррозионной стойкости, жаростойкости и износостойкости.

Разрабатываемый в настоящее время титановый сплав по технологичности в машиностроительном производстве будет равноценен традиционной нержавеющей стали (не требуется оборудования для сварки и термообработки с контролируемой атмосферой). Сплав благодаря легированию главным образом гафнием и ниобием не будет окисляться при нагревах до Т=(850. 900) °С. Не потребуется термообработки сварных соединений для снятия остаточных напряжений, что исключает необходимость использования печей для термообработки и камер для сварки с контролируемой атмосферой. При необходимости термообработка сварных узлов для предотвращения поводок от остаточных напряжений (например, крупногабаритных конструкций типа рам, ферм, экранов донной защиты и т.д.) может проводиться в воздушной атмосфере без последующей пескоструйной очистки и травления. Сварку деталей можно осуществлять всего лишь при струйной защите аргоном, не боясь окисления шва. Сплав будет работоспособен в широком интервале температур Т=(–253…+450) °С. Он открывает широкие перспективы для применения титана в ракетостроении взамен нержавеющих сталей, позволит практически втрое улучшить массовые характеристики изделий[1].

Повышение прочности металлических материалов традиционными методами (увеличением содержания легирующих элементов, улучшением технологий термомеханического упрочнения и т.д.) к настоящему времени исчерпало свои возможности. Современные сплавы содержат большое количество дорогостоящих и редких металлов: кобальта, вольфрама, ниобия, молибдена, никеля и др., что резко повышает их стоимость. Кроме того, значительное увеличение количества легирующих элементов в сплавах приводит к зональной и объемной ликвации в слитках и, как следствие, к анизотропии свойств полуфабрикатов и деталей из них. Большой резерв в повышении свойств конструкций РКТ лежит в использовании интерметаллидных соединений. Для разработки жаропрочных конструкционных материалов на основе интерметаллидных соединений наибольший интерес представляют системы титан - алюминий и никель - алюминий, железо - хром - алюминий.

Интерметаллиды (химические соединения металлов) по своей структуре занимают промежуточное положение между металлами и керамикой. Они имеют сложную кристаллическую структуру с наличием в межатомных связях до 30 % ковалентной составляющей, что и определяет их уникальные физико-механические свойства - высокие жаропрочность и жаростойкость, высокую коррозионную стойкость в сравнении с нержавеющими сталями (особенно в кислороде) и высокую износостойкость. Кроме того, интерметаллиды имеют низкую плотность. Интерметаллидные сплавы на основе титана могут работать до температуры Т=850 °С без защитных покрытий, сплавы на основе никеля – до температуры Т=1500 °С.

Весь комплекс свойств интерметаллидов может оказать революционное влияние на многие области техники и в первую очередь на создание перспективных образцов авиакосмической техники, в том числе летательных аппаратов с гиперзвуковыми скоростями. Использование интерметаллидов в двигательных установках (ротор, статор, крыльчатки, клапанная группа, неохлаждаемые сопла и т.п.) позволит повысить удельную тягу двигателей на 25. 30 %,обеспечит снижение массы конструкций до 40 %.

Жаропрочность

Жаропрочные стали и сплавы предназначены для изготовления деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет, атомных устройств и др., работающих при высоких температурах.

Сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительном действии нагрузки называют жаропрочностью. Жаропрочность характеризуется условным приделом ползучести и пределом длительной прочности.

Жаропрочные сплавы для работы при высоких температурах Т=(700…950) °С создаются на основе железа, никеля и кобальта, а для работы при еще более высоких температурах Т=(1200…1500) °С – на основе хрома, молибдена и других тугоплавких металлов.

Рабочие температуры жаропрочных сталей составляют Т=(500…750) °С. При температурах до Т=600 °С чаще используют стали на основе α-твердого раствора, а при более высоких температурах – на основе γ-твердого раствора с гранецентрированной кубической решеткой[2, с. 340].

Тугоплавкие металлы

Тугоплавкие металлы - класс химических элементов, имеющих очень высокую температуру плавления и стойкость к изнашиванию такие как: молибден, вольфрам, ниобий, тантал, рений с температурой плавления Т=(2468…3410) °С. Выражение тугоплавкие металлы чаще всего используется в таких дисциплинах как материаловедение, металлургия и в технических науках. Определение тугоплавких металлов относится к каждому элементу группы по-разному. Основными представителями данного класса элементов являются элементы пятого периода — ниобий и молибден; третьего периода — тантал, вольфрам и рений. Все они имеют температуру плавления выше Т=2000 °C, химически относительно инертны и обладают повышенным показателем плотности. Благодаря порошковой металлургии из них можно получать детали для разных областей промышленности.

Интерес к тугоплавким металлам и сплавам на их основе возрос в связи со строительством ракет, космических кораблей, атомных реакторов и развитием энергетических установок, отдельные детали и узлы которых работают при температурах до Т=(1500…2000) °С.

Молибден и вольфрам в чистом виде используют в радио- и электронной промышленности (нити накаливания, листовые аноды, сетки, пружины катодов, нагреватели и т.д.) вследствие малого поперечного сечения захвата нейтронов и отсутствия взаимодействия с расплавленными щелочными металлами ниобий применяют для изготовления теплообменников атомных реакторов.

Температура плавления тугоплавких элементов самая высокая, исключая углерод и осмий. Данное свойство зависит не только от их свойств, но и от свойств их сплавов.

Сопротивление к деформации ползучести является определяющим свойством тугоплавких металлов. У обычных металлов деформация начинается с температуры плавления металла, а отсюда деформация ползучести в алюминиевых сплавах начинается от Т=200 °C, в то время как у тугоплавких металлов она начинается от Т=1500 °C. Это сопротивление к деформации и высокая температура плавления позволяет тугоплавким металлам быть использованными, например, в качестве деталей реактивных двигателей или при ковке различных материалов.

Общие свойства тугоплавких металлов. Тугоплавкие металлы и их сплавы привлекают внимание исследователей из-за их необычных свойств и будущих перспектив в применении.

Физические свойства тугоплавких металлов, таких как молибден, тантал и вольфрам, их показатели твёрдости и стабильность при высоких температурах делает их используемым материалом для горячей металлообработки материалов как в вакууме, так и без него. Многие детали основаны на их уникальных свойствах: например, вольфрамовые нити накаливания способны выдерживать температуры вплоть до Т=3073 K.

Однако, их сопротивляемость к окислению вплоть до Т=500 °C делает это одним из главных недостатков этой группы. Контакт с воздухом может существенно повлиять на их высокотемпературные характеристики. Именно поэтому их используют в материалах, в которых они изолированы от кислорода.

Сплавы тугоплавких металлов — молибдена, тантала и вольфрама — применяются в деталях космических ядерных технологий. Эти компоненты были специально созданы в качестве материала способного выдержать высокие температуры[3].

2 Металлы применяемые в космическом кораблестроении

Бериллий — относительно твёрдый, но хрупкий металл серебристо-белого цвета. Имеет высокий модуль упругости λ=300 ГПа. На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой BeO.

Замедлители и отражатели из бериллия и его окиси позволяют намного уменьшить размеры активной зоны реакторов, увеличить рабочую температуру и эффективнее использовать ядерное топливо. Поэтому, несмотря на высокую стоимость бериллия, его использование считают экономически оправданным, особенно в небольших энергетических реакторах для самолетов и морских судов.

В еще большей мере космическую технику привлекают в бериллии легкость, прочность, жесткость, и особенно – необыкновенно высокое отношение прочности к весу. Поэтому бериллий и его сплавы все шире используются в космической, ракетной и авиационной технике.

Благодаря способности сохранять высокую точность и стабильность размеров бериллиевые детали используют в гироскопах – приборах, входящих в систему ориентации и стабилизации ракет, космических кораблей и искусственных спутников Земли.

Железо - незаменимый элемент любых инженерных конструкций. Железо в виде разнообразных высокопрочных нержавеющих сталей – второй по применению металл в ракетах.

Везде, где нагрузка сосредоточена в точке или нескольких точках, сталь выигрывает у алюминия. Сталь гораздо лучше переносит вибрацию, более терпима к нагреву, дешевле, нужна для стартового сооружения.

Сталь - сплав железа с углеродом и с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14 % углерода (при большем количестве углерода в железе образуется чугун). Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода – на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,25…0,60 % С) и высокоуглеродистые (0,6…2,0 % С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные – до 4 % легирующих элементов, среднелегированные – до 11 % легирующих элементов и высоколегированные – свыше 11 % легирующих элементов.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Свойства сталей зависят от их состава и структуры, которые формируются присутствием и процентным содержанием следующих составляющих:

– Углерод – составная часть, с увеличением содержания которой в стали увеличивается её твердость и прочность, при этом пластичность уменьшается.

– Кремний и марганец (в пределах 0,5. 0,7 %) существенного влияния на свойства стали не оказывают.

– Сера является вредной примесью, образует с железом химическое соединение FeS (сернистое железо). Сернистое железо в сталях образует с железом эвтектику с температурой плавления Т=1258 К, которая обусловливает ломкость материала при обработке давлением с подогревом. Указанная эвтектика при термической обработке расплавляется, в результате чего между зернами теряется связь с образованием трещин. Кроме этого, сера уменьшает пластичность и прочность стали, износостойкость и коррозионную стойкость.

Общеизвестный факт – металл в атмосфере нашей планеты подвержен окислению (реакция взаимодействия с кислородом). Любой кусок металла в атмосфере Земли покрывается тонким слоем окисления и этот слой является как бы защитной пленкой. Но что произойдет с металлом в космическом вакууме?

Если в космическом пространстве два куска металла приложить один к другому, то без защиты окисленного слоя атомы металла начнут активно взаимодействовать друг с другом, и в итоге два рассматриваемых куска металла просто склеятся друг с другом.

С учетом этого факта инструменты для космонавтов, которыми они пользуются в открытом космосе, покрываются защитным пластиковым покрытием. Это реальный факт. Но стоит отметить, что если взять в космос инструмент с Земли, то он уже имеет защитную пленку, полученную в результате естественного окисления. А значит к другому металлическому предмету такой инструмент уже не прилипнет.

Американские ученые экспериментировали с различными металлами, помещая их в вакуум. Целью этих опытов было выяснить, что происходит с металлами в космическом пространстве. Условия вакуумной камеры соответствовали условиям пространства на уровне 800 километров над поверхностью Земли. В результате этих опытов ученые выяснили интересные факты:

В связи с фактом увеличения срока службы металлов в космосе многие дальновидные исследователи размышляют о космической металлургии. Ученые занимаются исследованием возможности добычи и производства металлов на Луне. Конечно, это не простая задача, — условия на Луне таковы, что при 700-900 0 С твердое железо перейдет в газообразное состояние.

Специалисты в области физики считают, что необъятная Вселенная может стать прекрасным источником добычи металла. Источниками могут быть не только Луна, но и любые космические тела, такие как астероиды и метеоры. А в бескислородных условиях космоса возможно будет оптимально применить новейшие технологии обработки металлов.

В условиях же нашей планеты, как говорилось выше, металлы подвержены окислению. И этот процесс отнюдь не приносит пользы металлическим изделиям в долгосрочной перспективе. Результатом окисления поверхности металла становится коррозия. Коррозия проявляется в разных вариантах, самый яркий пример коррозии – это ржавление.

Одним из популярных и востребованных способов борьбы с коррозией является лазерная очистка. Этот метод отличается высокой эффективностью и используется для очистки металлических поверхностей от разных загрязнений – окислов, пятен, краски, ржавчины и т.п.

Важные преимущества лазерной очистки:

Лазерная очистка не меняет эксплуатационные свойства металлического изделия,
Это экологичный способ обработки, который не требует никаких расходных материалов,
Лазер позволяет очищать детали любой, даже самой сложной геометрической формы.

Мастера нашей компании имеют большой опыт очистки металла лазером. Чтобы заказать услугу лазерной очистки оставьте заявку на нашем сайте.

Еще один способ повысить долговечность и износостойкость изделия – это закалка металла. Подробнее смотрите на нашем сайте

Как известно в атмосфере Земли содержится кислород, который окисляет металл. Тонкий слой окисления покрывает весь кусок металла, создавая таким образом как бы защитную пленку. Зато если взять 2 куска металла в космическом вакууме и приложить друг к другу то они склеятся. Это происходит потому что отсутствует окисленная поверхность действующая как барьер и атомы металла могут свободно взаимодействовать.

Если брать Вселенную в целом то это эффект вполне нормален, а случай на нашей планете своего рода исключение благодаря наличию кислорода. Хотя это хорошо, ведь можно не бояться, что два металлических предмета могут слипнуться в руках.

Учитывая это все металлические инструменты, которые используются космонавтами в открытом космосе имеют защитное пластиковое покрытие. Хотя этот эффект реален, но это не является особой проблемой для НАСА ведь даже если вы возьмете с Земли в космос уже окисленный инструмент он будет иметь защитную пленку и не прилипнет.

Наиболее распространенный металл в почве Земли – алюминий. Если взять всю планету в целом, то железо выйдет на первое место, так как оно составляет большую часть ядра Земли. Железо является шестым из самых распространенных элементов во Вселенной. В пределах Земли железо на четвертом месте.

Самым дорогим металлом в природе является родий, стоимость которого переваливает за 175 тысяч долларов. Таким образом на втором месте платина и на третьем — золото.факты о металлах

Единственным металлом, который может сохранять жидкое состояние при комнатной температуре является ртуть.

Самую высокую температуру плавления имеет вольфрам, именно поэтому его используют в качестве спирали в лампах накаливания.

Самым дорогим металлом, искусственно созданным человеком является калифорний 252. Ориентировочная цена – 6 500 000 $ за 1 грамм. В данный момент на Земле существует не более 5 граммов этого металла. Вырабатывается калифорний 252 в мощных реакторах, немудрено, что позволить такую роскошь могут только США и Россия. За год в одном реакторе производится всего около 30 мкг этого редкого вещества. Где же применяется этот сверх редкий металл? Калифорний 252 применяется в медицине при лечении раковых заболеваний; в промышленности для проверки качества сварных швов; в приборостроении как индикатор; калифорний также используется при запуске реакторов; в геологии для обнаружения движения грунтовых вод и т.п.

Читайте также: