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

Теплоемкость. Теплоемкость характеризует передачу тепловой энергии  от оной части тела к другой, а точнее, молекулярной перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры.

5. Коэффициент теплопроводности металлов при 20 ^oС.

Металл	Коэффициент теплопроводности, кВт/м * oС	Металл	Коэффициент теплопроводности, кВт/м * oС
Серебро	0,410	Цинк	0,110
Медь	0,386	Олово	0,065
Золото	0,294	Железо	0,067
Алюминий	0,210	Свинец	0,035
Магний	0,144	Титан	0,016

Качество художественного  литья тесно связано с теплопроводностью  металла. В процессе выплавке важно  не только обеспечить достаточно высокую  температуру металла, но и добиться равномерного распределения температуры  во всем объеме жидкой ванны. Чем выше теплопроводность, тем равномернее  распределена температура. При электродуговой плавке, несмотря на высокую теплопроводность большинства металлов, перепад температуры  по сечению ванны достигает 70-80 ^oС, а для металла с низкой теплопроводностью этот перепад может достигать 200 ^oС и более.

Благоприятные условия для  выравнивания температуры создаются  при индукционной плавке.

Коэффициент теплового  расширения. Эта величина, характеризующая изменение размеров образца длиной 1 м при нагревании на 1 ^oС, имеет важное значение при эмальерных работах.

Коэффициенты теплового  расширения металлической основы и  эмали должны иметь по возможности  близкие значения, чтобы после  обжига эмаль не растрескивалась. Большинство  эмалей, представляющих твердый коэффициент  оксидов кремния и других элементов, имеют низкий коэффициент теплового  расширения. Как показала практика, эмали очень хорошо держаться  на железе, золоте, менее прочно - на меди и серебре. Можно полагать, что  титан - весьма подходящий материал для  эмалирования.

6. Коэффициент теплового расширения металлов.

Металл	Температура, oС	α*10-8 oС -1	Металл	Температура, oС	α*10-8oС -1
Титан	27  727	8,3  12,8	Алюминий	27  627	23,3  37,8
Железо	27  727	12,0  14,7	Олово (α- модификация)	27	16,0
Золото	27  727	14,0  17,7	Олово (β-модификации)	27	31,4
Медь	27  727	16,7  21,8	Магний	27	25,8
Серебро	27  727	18,9  25,6	Свинец	27  277	28,5  33,3
Цинк	27  377	63,5  50,3	-	-	-

Отражательная способность. Это - способность металла отражать световые волны определенной длины, которая воспринимает человеческим глазом как цвет. Цвета металла указаны в таблице 2.8..

7. Соответствие между цветом и длиной волны.

Цвет	Длина волны, нм	Цвет	Длина волны, нм
Фиолетовый	460	Желтый	580
Синий	470	Оранжевый	600
Голубой	480	Красный	640
Зеленый	520	Пурпурный	700

 

8. Цвета металлов.

Металл	Цвет	Металл	Цвет
Магний	Бело-серый	Цинк	Голубовато-белый
Алюминий	Серовато-белый	Серебро	Белый
Титан	Серовато-белый	Олово	Серовато-белый
Железо	Голубовато-белый	Золото	Желтый
Медь	Красновато-розоватый	Свинец	Серовато-белый

Чистые металлы в декоративно-прикладном искусстве практически не применяются. Для изготовления различных изделий  используют сплавы, цветовые характеристики которых значительно отличаются от цвета основного металла.

В течении долгого времени накапливался огромный опыт применения различных литейных сплавов для изготовления украшений, бытовых предметов, скульптур и многих других видов художественного литья. Однако до сих пор еще не раскрыта взаимосвязь между строением сплава и его отражательной способностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Химические свойства металлов и сплавов.

   Основным химическим  свойством металлов является  способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно.  Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями. Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами.

      Опустим  кусочек цинка в раствор какой-нибудь  свинцовой соли. Цинк

начинает растворяться, а  из раствора выделяется свинец. Эта  реакция является типичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка  отдают свои валентные электроны  ионам двухвалентного свинца, тем  самым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливаются  и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, то есть погрузить кусочек свинца в  раствор цинковой соли, то никакой  реакции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца.

      Вытеснение  одних металлов из их соединений  другими металлами впервые было  подробно изучено русским ученым  Бекетовым, расположившим металлы  по их убывающей химической  активности в так называемый  «вытеснительный ряд». В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений.

        В представленной ниже таблице мы видим значения стандартных электродных потенциалов некоторых металлов.          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Классификация металлов и сплавов.

               Металлы, расположенные в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов, и образуют электрохимический ряд напряжений металлов: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

     Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов:

1.Чем меньше электродный  потенциал металла, тем больше  его восстановительная способность.

2.Каждый металл способен  вытеснять(восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него.

3.Все металлы, имеющие  отрицательный стандартный электродный  потенциал, то есть находящиеся  в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из  растворов кислот.

Необходимо отметить, что  представленный ряд характеризует  поведение металлов и их солей  только в водных растворах и при  комнатной температуре. Кроме того, нужно иметь ввиду, что высокая электрохимическая активность металлов не всегда означает его высокую химическую активность. Например, ряд напряжений начинается литием, тогда как более активные в химическом отношении рубидий и калий находятся правее лития. Это связано с исключительно высокой энергией процесса гидратации ионов лития по сравнению с ионами других щелочных металлов.

 

 

 

 

5. Конструкционные материалы. Их характеристика.

      Конструкционные материалы, материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами К. м. являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.). К основным критериям качества К. м. относятся параметры сопротивления внешним нагрузкам: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др. Длительный период в своём развитии человеческое общество использовало для своих нужд (орудия труда и охоты, утварь, украшения и др.) ограниченный круг материалов: дерево, камень, волокна растительного и животного происхождения, обожжённую глину, стекло, бронзу, железо. Промышленный переворот 18 в. и дальнейшее развитие техники, особенно создание паровых машин и появление в конце 19 в. двигателей внутреннего сгорания, электрических машин и автомобилей, усложнили и дифференцировали требования к материалам их деталей, которые стали работать при сложных знакопеременных нагрузках, повышенных температурах и др. Основой К. м. стали металлические сплавы на основе железа (чугуны и стали), меди (бронзы и латуни), свинца и олова.

При конструировании самолётов, когда главным требованием, предъявляемым  к К. м., стала высокая удельная прочность, широкое распространение получили древесные пластики (фанера), малолегированные стали, алюминиевые и магниевые сплавы. Дальнейшее развитие авиационной техники потребовало создания новых жаропрочных сплавов на никелевой и кобальтовой основах, сталей, титановых, алюминиевых, магниевых сплавов, пригодных для длительной работы при высоких температурах. Совершенствование техники на каждом этапе развития предъявляло новые, непрерывно усложнявшиеся требования к К. м. (температурная стойкость, износостойкость, электрическая проводимость и др.). Например, судостроению необходимы стали и сплавы с хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью, а химическому машиностроению -- с высокой и длительной стойкостью в агрессивных средах. Развитие атомной энергетики связано с применением К. м., обладающих не только достаточной прочностью и высокой коррозионной стойкостью в различных теплоносителях, но и удовлетворяющих новому требованию -- малому поперечному сечению захвата нейтронов.

К. м. подразделяются: по природе  материалов -- на металлические, неметаллические  и композиционные материалы, сочетающие положительные свойства тех и  др. материалов; по технологическому исполнению -- на деформированные (прокат, поковки, штамповки, прессованные профили и  др.), литые, спекаемые, формуемые, склеиваемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т.п.); по условиям работы -- на работающие при низких температурах, жаропрочные, коррозионно-, окалино-, износо-, топливо-, маслостойкие и т.д.; по критериям прочности -- на материалы малой и средней прочности с большим запасом пластичности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Виды и группы конструкционных материалов.

 

               По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. Углеродистые стали названы так по основному элементу — углероду. Углерод, которого в этих сталях не более 1,35 %, сильно влияет как на структуру, так и на свойства сталей. С увеличением его содержания возрастают твердость, прочность, упругость стали и снижаются ее пластичность, относительное удлинение. Примесями углеродистой стали являются марганец, кремний, сера, фосфор. Добавление марганца (0,5-0,8%) позволяет повысить твердость и прочность стали. Кремний (0,35-0,4%) повышает твердость, упругость, пластичность, текучесть стали. Нежелательные примеси углеродистых сталей - сера, фосфор, кислород, азот, водород.