На чем основывается выбор химического состава сплава при его создании как композитного материала

Псковский Государственный  Университет

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине:

Материаловедение

Реферат на тему:

«На чем основывается выбор химического состава сплава при его создании как композитного материала»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 1 курса

Зейц Александр Викторович

Группа: 114- ТОЗ

Проверил:  Фарафонов А.М.

 

 

 

 

 

 

Псков 2012 г.

 

Оглавление:

Введение. 3

1. Общая характеристика металлов и сплавов. 5

2. Физические свойства металлов и сплавов. 7

2.1. Плотность металла. 7

2.2. Температура плавления и кипения металлов. 8

2.3. Удельная теплоемкость металлов. 9

2.4. Скрытая теплота металла. 9

2.5. Коэффициент теплопроводности металлов при 20 ^oС. 10

2.6. Коэффициент теплового расширения металлов. 11

2.7. Соответствие между цветом и длиной волны. 12

2.8. Цвета металлов. 12

3. Химические свойства металлов и сплавов. 14

4. Классификация металлов и сплавов. 17

5. Конструкционные материалы. Их характеристика. 18

6. Виды и группы конструкционных материалов. 20

Список  использованной литературы: 28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

             Металлы и их сплавы повсеместно  используются для изготовления  конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д. Несмотря  на широкий круг искусственно  созданных материалов (керамики, клеев), металлы служат основным конструкционным материалом.

           Металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, т. е. они теплопроводны и электропроводны. Самую высокую электропроводность имеют серебро Ag, медь Си, алюминий Al, золото Au и железо Fe. Из меди и алюминия делают электрические провода.

Характерным свойством металлов является пластичность. Пластичность - это свойство металлов изменять форму.

Металлы изменяют свою форму  при ударе. В сильно нагретом состоянии  они куются. Их можно прокатывать  в листы, вытягивать в проволоку. Следовательно, металлы пластичны  и ковки. Только марганец Mn, сурьма Sb и висмут Bi хрупки.

Химические элементы - это  элементы образующие в свободном состоянии простые вещества с металлической связью. Из 110 известных химических элементов 88-металлы и только 22-неметаллы.

Такие металлы, как золото, серебро и медь, известны человеку с доисторических времен. В древние  и средние века считали, что существует только 7 металлов (золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть). М. В. Ломоносов определял металл как  “светлое тело, которое0, ковать можно” и относил к металлам золото, серебро, медь, олово, железо и свинец” А. Лавуазье в “Начальном курсе химии” (1789) упоминал уже 17 металлов. В начале XIX века последовало открытие платиновых металлов, а затем щелочных, щелочноземельных и ряда других.

Триумфом периодического закона было открытие металлов, предсказанных  на его основе Д. И. Менделеевым, - галлия, скандия и германия. В середине XX в. с помощью ядерных реакций были получены трансурановые элементы - не существующие в природе радиоактивные металлы.

Современная металлургия  получает свыше 60 металлов и на их основе более 5000 сплавов.

В основе структуры металлов лежит кристаллическая решетка  из положительных ионов, погруженная  в плотный газ подвижных электронов. Эти электроны компенсируют силы электрического отталкивания между  положительными ионами и тем самым  связывают их в твердые тела.

Такой тип химической связи  называют металлической связью. Она  обусловила важнейшие физические свойства металлов: пластичность, электропроводность, теплопроводность, металлический блеск.

 

1. Общая характеристика металлов и сплавов.

      В природе  металлы встречаются как в  чистом виде, так и в рудах,  оксидах и солях. В чистом  виде встречаются химически устойчивые  элементы (Pt, Au, Ag, Cu). Масса наибольшего самородка меди составляет 420 т, серебра — 13,5 т, золота — 112 кг. Из 111 открытых элементов, представленных в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева, 76 являются металлами, Si, Ge, As, Se, Te — промежуточными между металлами и неметаллами, иногда их называют полуметаллами. Все элементы, расположенные левее мысленной линии, проведенной от бора до астата (от № 5 до № 85) относятся к металлам, а правее — в основном, к неметаллам. Эта граница недостаточно четко выражена, так как среди элементов, расположенных вблизи границы, находятся и полуметаллы.

Металлические материалы  обычно делятся на две большие  группы: железо и сплавы железа (сталь  и чугун) называют черными металлами, а остальные металлы и их сплавы — цветными. Кроме того, все цветные  металлы, применяемые в технике, в свою очередь, делятся на следующие  группы:

• легкие металлы Mg, Be, Al, Ti с плотностью до 5 г/см³;
• тяжелые металлы Pb, Mo, Ag, Au, Pt, W, Та, Ir, Os с плотностью, превышающей 10 г/см³;
• легкоплавкие металлы Sn, Pb, Zn с температурой плавления 232; 327; 410 °С соответственно;
• тугоплавкие металлы W, Mo, Та, Nb с температурой плавления выше, чем у железа (> 1536 °С);
• благородные металлы Au, Ag, Pt с высокой устойчивостью против коррозии;
• урановые металлы или актиноиды, используемые в атомной технике;
• редкоземельные металлы (РЗМ) — лантаноиды, применяемые для модифицирования стали;
• щелочные и щелочноземельные металлы Na, К, Li, Ca в свободном состоянии применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах; натрий также используется в качестве катализатора в производстве искусственного каучука, а литий — для легирования легких и прочных алюминиевых сплавов, применяемых в самолетостроении.

Свойства металлов разнообразны. Ртуть замерзает при температуре  минус 38,8 °С, вольфрам выдерживает рабочую температуру до 2000 °С (Т_пл = = 3420 °С), литий, натрий, калий легче воды, а иридий и осмий — в 42 раза тяжелее лития. Электропроводность серебра в 130 раз выше, чем у марганца. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства. К ним относятся:

• высокая пластичность;
• высокие тепло- и электропроводность;
• положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, означающий рост сопротивления с повышением температуры и сверхпроводимость многих металлов (около 30) при температурах, близких к абсолютному нулю;
• хорошая отражательная способность (металлы непрозрачны и имеют характерный металлический блеск);
• термоэлектронная эмиссия, т. е. способность к испусканию электронов при нагреве;
• кристаллическое строение в твердом состоянии.

 

 

2. Физические свойства металлов и сплавов.

Плотность. Это - одна из важнейших характеристик металлов и сплавов. по плотности металлы делятся на следующие группы:

легкие - (плотность не более 5 г/см³) - магний, алюминий, титан и др.:

тяжелые - (плотность от 5 до 10 г/см ³) - железо, никель, медь, цинк, олово и др. (это наиболее обширная группа);

очень тяжелые - (плотность более 10 г/см ³) - молибден, вольфрам, золото, свинец и др.

Нижеприведенные таблицы  характеризуют свойства тех металлов, которые составляют основу сплавов для художественного литья.

1. Плотность металла.

Металл	Плотность г/см3	Металл	Плотность г/см3
Магний	1,74	Железо	7,87
Алюминий	2,70	Медь	8,94
Титан	4,50	Серебро	10,50
Цинк	7,14	Свинец	11,34
Олово	7,29	Золото	19,32

Температура плавления. В зависимости от температуры плавления металл подразделяют на следующие группы:

легкоплавкие (температура плавления не превышает 600 ^oС) - цинк, олово, свинец, висмут и др.;

среднеплавкие (от 600 ^oС до 1600 ^oС) - к ним относятся почти половина металлов, в том числе магний, алюминий, железо, никель, медь, золото;

тугоплавкие ( более 1600 ^oС) - вольфрам, молибден, титан, хром и др.

Ртуть относится к жидкостям.

При изготовлении художественных отливок температура плавления  металла или сплава определяет выбор  плавильного агрегата и огнеупорного формовочного материала. При введении в металл добавок температура  плавления, как правило, понижается.

 

2. Температура плавления и кипения металлов.

 

Металл	Температура, oС		Металл	Температура, oС
	плавления	кипения		плавления	кипения
Олово	232	2600	Серебро	960	2180
Свинец	327	1750	Золото	1063	2660
Цинк	420	907	Медь	1083	2580
Магний	650	1100	Железо	1539	2900
Алюминий	660	2400	Титан	1680	3300

Удельная теплоемкость. Это  количество энергии, необходимое для  повышения температуры единицы  массы на один градус. Удельная теплоемкость уменьшается с увеличением порядкового  номера элемента в таблице Менделеева. Зависимость удельной теплоемкости элемента в твердом состоянии  от атомной массы описывается  приближенно законом Дюлонга  и Пти:

m_a c_m = 6.

где, m_a - атомная масса; c_m - удельная теплоемкость (Дж/кг * ^oС).

 

3. Удельная теплоемкость металлов.

Металл	Температура,oС	Удельная теплоемкость, Дж/кг *oС	Металл	Температура,oС	Удельная теплоемкость, Дж/кг * oС
Магний	0-100  225	1,03  1,18	Цинк	0  св.420	0,35  0,51
Титан	0-100  440	0,47  068	Серебро	0  427	0,23  0,25
Медь	97,5  Св.1100	0,40  0,55	Олово	0  240	0,22  0,27
Алюминий	0-100  660	0,87  1,29	Золото	0-100  1100	0,12  0,15
Железо	0-100  1550	0,46  1,05	Свинец	0  300	0,12  0,14

Скрытая теплота плавления  металлов. Это характеристика (таблица 5 ) наряду с удельной теплоемкости металлов в значительной степени определяет необходимую мощность плавильного агрегата. Для расплавления легкоплавкого металла иногда требуется больше тепловой энергии, чем для тугоплавкого. Например, для нагревания меди от 20 до 1133 ^oС потребуется в полтора раза меньше тепловой энергии, чем для нагревания такого же количества алюминия от 20 до 710 ^oC.

4. Скрытая теплота металла.

Металл	Скрытая теплота  плавления, Дж/кг	Металл	Скрытая теплота  плавления, Дж/кг
Свинец	23,2	Медь	203,7
Олово	60,9	Железо	277,2
Золото	63,0	Магний	369,6
Цинк	101,6	Алюминий	400,7
Серебро	105,0	Титан	436,8