Основные виды и особенности металлов и сплавов, применяемых в строительстве. Структура металлов и сплавов, их основные свойства

Цветные металлы отличаются от черных. Цветных металлов много, а к черным относятся только железо, его сплавы. Часто к черным металлам относят ванадий, марганец, хром.

В Европе цветные металлы называют нежелезными, происхождение этих названий точнее отражает суть и свойства наших героев.

• Англичане называют их non-ferrous metals.
• Для немцев их название — Nichteisenmetalle, Buntmetalle.
• Французы обозначили цветные металлы как меtaux non-ferreux.

Разделяем металлы по свойствам и группам

Условно цветные металлы различают на 2 большие группы — тяжелые и легкие.

Более подробная классификация проводится по свойствам (физико-химическим). Есть разделение на 5 и 7 групп.

Виды цветных металлов:

1. Легкие цветные металлы.
2. Тяжелые металлы.
3. Благородные.
4. Редкие и малые.
5. Рассеянные.
6. Радиоактивные.
7. Тугоплавкие.

Свойства цветных металлов разнообразны. Это устойчивость к коррозии, высокие электро-и теплопроводность, устойчивость во многих агрессивных средах.

Что считать цветным металлом

Первый уровень деления металлов – на чёрные и цветные.

С чёрными проблем нет: это железо и его сплавы(чугун, сталь).

Цветные ранжируют по-разному. Иногда таковыми считаются все металлы, кроме железа и его сплавов (в список включаются благородные, редкоземельные, радиоактивные).

У промышленников своя классификация. Цветные металлы – это бесжелезистые элементы определенного цветового оттенка (отсюда название группы).

Подразделяются на два вида:

• Тяжелые – цинк, медь, олово, свинец, никель.
• Легкие – алюминий, магний, титан.

В ряде стран такие металлы именуются не цветными, а нежелезными.

Сокращенное наименование сегмента цветных металлов – цветмет, черных – чермет.

Где применяются

Представьте мир без цветных металлов. Выбросите телефон и компьютер, вместе с ними ключи от машины. Отключите свет — ведь ток течет по проводам из цветмета. Газовую и электрическую плиту тоже придется выбросить, а готовить на костре или построить печку. Поэтому к этим разным и таким нужным человечеству металлам давайте относиться уважительно.

Невозможно представить современный мир без использования цветных металлов.

Некоторые из них добываются миллионами тонн в год, другие по несколько тонн в год. Но все они абсолютно необходимы современной промышленности и нам, потребителям.

Электротехника, легировка сталей, сенсоры, диоды, термопары, инфракрасная оптика, военно-промышленный комплекс.

Сплавы металлов

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.

Классификация однородности сплавов

Классификация

Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:

1. метод изготовления:
2. технология производства:
   литейные;
3. деформируемые;
4. порошковые;
5. однородность структуры:
   Виды сплавов по их основе
6. вид металла – основы:
   черные (железо);
7. цветные (цветные металлы);
8. редких металлов (радиоактивные элементы);
9. количество компонентов:
   двойные;
10. тройные;
11. и так далее;
12. физико-химические свойства:
    тугоплавкие;
13. легкоплавкие;
14. высокопрочные;
15. жаропрочные;
16. твердые;
17. антифрикционные;
18. коррозионностойкие и др.;
19. предназначение:
    конструкционные;
20. инструментальные;
21. специальные.

Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.

Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.

Свойства сплавов

Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

1. Структурно — нечувствительные. Они обуславливаются свойствами компонентов, и их процентным содержанием. К ним относятся :
   плотность;
2. температура плавления;
3. тепловые и упругие характеристики;
4. коэффициент термического расширения;
5. структурно — чувствительные. Определяются свойствами элемента — основы.
7. Все сплавные материалы в той или иной мере проявляют характерные металлические свойства:
   блеск;
8. пластичность;
9. теплопроводность;
10. электропроводность.
11. Кроме того, свойства подразделяют на:
    • Химические, определяемые взаимоотношениями материала с химически активными веществами.

    Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.

Механические свойства

12. Основными характеристиками сплавных материалов, влияющими на их пригодность для применения в той или иной инженерной конструкции, являются:
    Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
13. Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
14. Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
15. Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
16. Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам

Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.

Основные виды сплавов

Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.

Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств.

Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы.

Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор.

Легированная сталь

Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических.

Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях.

До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.

Чугунные радиаторы

Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.

Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.

Желтая латунь

Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.

Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.

Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.

Цинковые сплавы

Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.

Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.

Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.

Область применения титановых сплавов

Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:

1. аэрокосмическая;
2. химическая;
3. атомная;
4. криогенная;
5. судостроительная;
6. протезирование.

Алюминиевые сплавы

Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.

Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.

Алюминиевые сплавы подразделяют на:

1. Литейные (с кремнием). Применяются для получения обычных отливок.
2. Для литья под давлением (с марганцем).
3. Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).

Основные преимущества соединений алюминия:

1. Доступность.
2. Малый удельный вес.
3. Долговечность.
4. Устойчивость к холоду.
5. Хорошая обрабатываемость.
6. Электропроводность.

Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.

Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.

Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.

Слитки из алюминиевых сплавов

Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.

Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.

Медные сплавы

Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой.

Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.

Латунь — смесь меди и цинкаМедь и ее сплавы

Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.

Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100оС.

В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.

Основными сферами применения являются:

1. Режущий инструмент (фрезы, сверла, метчики, плашки, резцы и т.п.).
2. Измерительный инструмент и оборудование (линейки, угольники, штангенциркули рабочие поверхности особой ровности и стабильности).
3. Штампы, матрицы и пуансоны.
4. Валки прокатных станов и бумагоделательных машин.
5. Горное оборудование (дробилки, шарошки, ковши экскаваторов).
6. Детали и узлы атомных и химических реакторов.
7. Высоконагруженные детали транспортных средств, промышленного оборудования и уникальных строительных конструкций, таки, например, как башня Бурж — Дубай.

Области применения твердых сплавов

Существуют и другие области применения твердосплавных веществ.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Вторичное сырье

Уже понятно, что добыча цветмета не всегда обеспечивает потребности промышленности. Приходится изворачиваться. То есть организовывать пункты приема вторсырья, собирать металлолом для сдачи в этих пунктах. Кстати, за лом цветных металлов платят довольно неплохо.

Стоимость металлических отходов формируется, исходя из нескольких компонентов:

1. Металл (тип, редкость).
2. Габариты.
3. Размер партии.
4. Чистота металла, его качество.

Охотникам за металлоломом

Большим спросом у приемщиков пользуются медь, алюминий, свинец, титан.

• Медь содержат сплавы меди (латунь).
• Олово гораздо дороже меди, особенно в чистом виде, но и в виде посуды, баббита (в подшипниках, например).
• Никель металл дорогостоящий, но в чистом виде попадается редко. В мельхиоровой посуде, отработанных электродах, ТЭНах бытовых приборов.
• Свинец сдают «в виде» аккумуляторов, типографского оборудования, оплетки кабелей.
• Алюминий стоит недорого.
• Чистый цинк найти проблематично, сдают его в виде сплавов.
• Самые дорогие металлы — молибден и вольфрам.

Разновидности ювелирных сплавов и их свойства

Выбирая новое украшение, изначально мы обращаем внимание на красоту и дизайн, но следует помнить, что прочность, цвет и блеск, как и долговечность любого изделия, обеспечивают металлы и сплавы.

Ювелирные сплавы — это сплавы благородных и цветных металлов, из которых изготавливают ювелирные украшения. К таким металлам относятся: золото, серебро, платина и металлы платиновой группы.

Золотой сплав для украшений состоит из золота, серебра, меди, платины, цинка, кадмия и никеля. Серебро и платина придают сплаву белый цвет. Примесь меди придает красный оттенок сплаву, делает его тверже, но снижает антикоррозийные свойства. Никель является компонентом белого золота. Он также делает сплав более твердым. На заглавном фото золотые браслеты разных цветов.

Украшения Cartier из популярнейшей коллекции JUSTE UN CLOU.

Браслет на верхнем фото закрывается на отвёртку, а отвёртка в знак любви и доверия отдаётся второй половине.

Эти браслеты из цветного золота называют Cartier Love.

Клипсы из разных оттенков золота компании Tiffany & Co.,1940-е годы.

Клипсы из жёлтого золота компании Van Cleef & Arpels,1960-е годы.

Термин «червонное золото» в значении «красное» стали употреблять относительно недавно, а в дореволюционной России червонным называлось высококачественное золото яркого жёлтого оттенка с приглушённым блеском.

Именно такой цвет во всём мире называют «русское золото».

Во времена зарождения популярности винтажной костюмной бижутерии её делали как копии драгоценностей именно в цвете «русское золото». На фото антикварные российские украшения.

Недавно учёными был разработан золотой сплав, в котором содержится 75% золота, 15% кобальта и 10% хрома. Данный сплав окисляется при наличии высокой температуры и становится чёрным.

Украшения из чёрного золота.

В процессе экспериментов исследователям удалось скрестить золото с алюминием и галлием, благодаря чему получили ювелирные сплавы золота пурпурного и красивого фиолетового цвета, а слияние золота с рубидием и индием даёт голубое золото. Синее золото получается в сплаве с высококачественной сталью. Серый цвет золото получает в сплаве со сталью (но её здесь меньше, чем в синем золоте) и серебром. Зелёный оттенок золотому сплаву дают добавки немного кадмия и серебра.

Коричневое (или бурое) золото мало используется, но постепенно изделия из него становятся всё более модными украшениями. Цвет получают путём химической обработки обычного сплава золота и меди.

На фото выше изделия из цветного золота. Все металлические цветные элементы — это золотые сплавы. Самое удивительное лично для меня пурпурное и синее. Завораживает!

Серебряный сплав чаще всего содержит медь, она увеличивает прочность металла, но именно такой сплав окисляется и темнеет. Серебряные сплавы могут содержать алюминий и никель.

Серебро всегда ценилось за красоту и блеск. Первые украшения из серебра и его сплавов стали появляться в Египте более 6000 лет назад. В Индии особой любовью пользуются серебряные украшения. Их передают по наследству как фамильные драгоценности. Антибактериальные свойства серебра известны во всем мире. Да и в нашей стране существует способ очистки воды — серебряной ложечкой в чашке. На международной космической станции вода в употреблении только та, что прошла очищение серебром. Ранее на Руси женщины специально носили серебряные кольца, т.к. считалось, что при дойке коров или вымешивании теста серебро убивало микробы.

Великий историк древности Геродот в своих трудах писал, что персидский царь Кир в своих дальних походах пользовался водой, которая хранилась в серебряных священных сосудах. В жарком климате вода в них долго оставалась свежей и не портилась. Ещё до 2500 лет до нашей эры серебро использовалось для лечения боевых ран. Египетские воины накладывали на раны тонкие серебряные пластины, после чего раны быстро заживали.

Серебряные антикварные и винтажные украшения могут не иметь пробы, т. к. во многих странах серебро не требовало апробирования. Чаще всего на этих украшениях можно просто встретить надпись Silver, Silber, Sterling silver или просто Sterling, конечно же, если это серебро 925 пробы. На французском антикварном украшении и такие надписи практически не найти: что это серебро, можно проверить только реактивами.

Дизайнерский антикварный браслет от Уильяма Спратлинга (Мексика, США) из серебра 980 пробы «Серебряная река жизни», 1930-е годы.

Эвальд Нильсен, Дания, серебро 830 пробы, поясная пряжка,1930-1940 годы.

Этническая брошь с бирюзой из серебра 925 пробы, Мексика,1950-1980 годы.

Платиновый сплав имеет особенный белый цвет и красивый блеск. Платина, название которой в буквальном смысле слова означает «серебришко», получила его из-за сходства с серебром. Любопытно, что пренебрежительному имени она была обязана конкистадорам, которых разозлили свойства находки — исключительно тугоплавкую, ее было практически невозможно переплавить. По этой причине на платину повесили ярлык со стоимостью, в несколько раз ниже, чем у серебра. На данный момент платина стоит в 100 раз дороже своего «старшего брата».

Есть один печальный, но интересный факт связанный с платиной. Испанские ювелиры в 18 веке обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, и те из них, кто был не чист на руку, стали примешивать ее к золоту при изготовлении ювелирных изделий и фальшивых монет. Об этом стало известно правительству, и король не нашел ничего лучшего, как издать приказ, требующий прекратить ввоз в Испанию никчемного металла, а заодно и уничтожить все его запасы. Вся имевшаяся в стране платина была собрана и при свидетелях брошена в море. И далее на протяжении 43 лет , пока действовал королевский указ, вся завезенная платина на территорию Испании уничтожалась тем же способом.

Платина не растворяется в кислоте и щелочи, с этим справляется только «царская водка» (азотная и соляная кислота в соотношении 1:3). Обладая высокой плотностью, она хорошо сплавляется с золотом и серебром. Платина является редким элементом. Богатейшие россыпи содержат всего несколько граммов платины на тонны руды.

Мировая ювелирная промышленность потребляет около 50 тонн платины. До 2001 года большая часть ювелирных изделий из платины производилась в Японии. С 2001 года на долю Китая приходится примерно 50 % мировых продаж. Российский спрос на ювелирную платину составляет 0,1% от мирового уровня.

Современные ювелирные изделия из платины.

Винтажный фур-клип из платины с бриллиантами огранки багет, 1940-е годы.

Кольцо из платины компании Kieselstein Cord (США),1990-е годы.

Сплав иридий + платина ранее маркировался (наиболее часто в США или для продажи в США) как IRIDPLAT или IRID.PLAT.

В настоящее время некоторые платиновые сплавы не подлежат апробированию в Великобритании.

Благодаря исследованию платины были открыты еще несколько металлов: родий, палладий, иридий, осмий и рутений.

Металлы платиновой группы отличаются красивым серебристо-белым цветом. Самым популярным из таких сплавов является сплав на основе палладия. Из него изготавливают броши, кольца, браслеты.

В России законодательно утверждены 500 и 850 проба палладия, но в обиходе еще есть сплав и 950 пробы (не пробируют), из этого сплава обычно делают обручальные кольца. На вид такие изделия похожи на белое золото, покрытое родием.

Современные ювелирные изделия из палладиевого сплава.

Наглядный пример цветового различия всевозможных ювелирных сплавов.

Винтажная брошь из золота нескольких оттенков.

Благородные металлы отличаются особой химической стойкостью, тягучестью и красивым внешним видом. Их называют благородными за природные свойства и драгоценными за высокую стоимость. Но, как мы видим, для изготовления ювелирных изделий в чистом виде эти металлы не применяют, так как они сравнительно мягки и обладают малой механической прочностью. Поэтому используют сплавы благородных металлов с другими металлами.

По сравнению с чистым металлом, сплавы обладают лучшими механическими свойствами, более низкой температурой плавления и определенным оттенком. Металлы, входящие в состав таких сплавов, называют лигатурными. Состав сплавов строго регламентируется государственными стандартами и называется лигатурой. Качественный состав легирующих компонентов влияет на цвет сплава и его технические характеристики, а количество лигатур определяет пробу сплава.

Во всем мире для распознания количества входящей в золотой сплав лигатуры используется несколько систем. Наиболее известными являются метрическая и каратная системы. В России уже долгие годы пользуются метрической системой. Она более простая и понятная, указывает на количество граммов золота, входящего в состав сплава весом в 1 кг.

В следующей публикации напишу о бижутерных сплавах и о том, что отличает ювелирный сплав от бижутерного.

Свойства сплавов

Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой (кристаллической структурой фаз и микроструктурой). Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры. Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице. Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость.

Сплавы, используемые в промышленности

Сплавы различают по назначению: конструкционные, инструментальные и специальные.

Конструкционные сплавы:

· стали

· чугуны

· дюралюминий

Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства):

· бронзы

· латуни

Для заливки подшипников:

· баббит

Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:

· манганин

· нихром

Для изготовления режущих инструментов:

· победит

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

Мета?ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — 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.

Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

— 6 элементов в группе щелочных металлов,

— 6 в группе щёлочноземельных металлов,

— 38 в группе переходных металлов,

— 11 в группе лёгких металлов,

— 7 в группе полуметаллов,

— 14 в группе лантаноиды + лантан,

— 14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний, вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.

В астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия.

Самый мягкий металл в мире

Металлы – вид материалов, которые используются человеком с давних времен.

Эта группа веществ очень многочисленна, но все они имеют общие физические характеристики, которые принято называть металлическими свойствами. Твердость среди них — обычное, но не определяющее.

Более специфичны другие, которыми обладает и самый мягкий металл. Эти свойства определяются особенностями их строения на молекулярном уровне.

Свойства металлов

Железо и его сплавы (сталь, чугун), медь, алюминий… Применение этих материалов знаменовало рывки научно-технического прогресса на разных этапах развития цивилизации.

У каждого из этих металлов есть характеристики, придающие ему уникальную практическую ценность.

Общими признаками для них являются высокая тепло- и электропроводность, пластичность – способность сохранять целостность при деформации, металлический блеск.

Булатный клинок, разрубающий железные доспехи, и самый мягкий металл, на котором остаются следы от малейшего воздействия, имеют сходное внутреннее устройство.

В его основе – кристаллическая решетка, в узлах которой – атомы с положительным и нейтральным зарядом, между которыми находится «электронный газ» — частицы, покинувшие внешние оболочки атомов из-за ослабления связи с ядром.

Особая металлическая связь между положительными ионами, расположенными в узлах кристаллической решетки, осуществляется за счет сил притяжения, возникающих в «электронном газе». Твердость, плотность, температура плавления металла зависят от кон.

Критерии оценки

Ответ на вопрос о том, какой металл самый мягкий, всегда будет предметом обсуждения, если не согласовать критерии оценки и определить само понятие мягкости. Мнение об этой характеристике материала будет различным у специалистов разных отраслей. Металлург может понимать мягкость как повышенную ковкость, тенденцию воспринимать деформации от абразивных материалов и т. д.

Для материаловедов важно иметь возможность объективно сравнивать разные характеристики веществ. Мягкость также должна иметь общепринятые критерии оценки. Самый мягкий металл в мире должен иметь общепризнанные показатели, доказывающие его «рекордные» характеристики. Существует несколько методик, целью которых является измерение мягкости различных материалов.

Большинство сертифицированных способов измерения твердости, основаны на измеряемом с помощью точных инструментов контактном воздействии на исследуемый материал со стороны более твердого тела, называемого индентором. В зависимости от вида индентора и от способов измерения различают несколько основных методов:

— Метод Бринелля. Определяется диаметр отпечатка, оставляемого металлическим шариком при вдавливании в поверхность исследуемого вещества.

— Метод Роквелла. Измеряется глубина вдавливания в поверхность шарика или алмазного конуса.

— Метод Виккерса. Определяется площадь отпечатка, оставляемого алмазной четырехгранной пирамидкой.

— Твердость по Шору. Есть свои шкалы для очень твердых и очень мягких материалов – измеряется глубина погружения специальной иглы или высота отскока от поверхности специального бойка.

Шкала твердости Мооса

Этот шкала для определения относительной твердости минералов и металлов была предложена в начале XIX века немцем Фридрихом Моосом.

Она основан на методе царапания, когда более твердый образец оставляет отметку на более мягком, и очень удобна для выяснения — какой металл самый мягкий.

По отношению к 10 эталонным минералам, которым присвоен условный показатель твердости, для испытываемого вещества определяется место в шкале и цифровой индекс. Самый мягкий эталонный минерал – тальк. Он имеет твердость по Моосу — 1, а самый твердый, алмаз – 10.

Оценка твердости по шкале Мооса происходит по принципу «мягче — тверже». Точно определить, во сколько раз, например, алюминий, имеющий индекс по шкале Мооса 2,75, мягче вольфрама (6,0), можно только имея результаты измерений, основанных на других методах. Но чтобы определить самый мягкий металл в таблице Менделеева этой таблицы вполне достаточно.

Самые мягкие – щелочные металлы

Из минералогической шкалы Мооса видно, что самыми мягкими являются вещества, относящиеся к щелочным металлам. Даже ртуть, знакомая многим по жидкости из градусника, имеет показатель твердости 1,5.

Мягче её несколько веществ, обладающих сходными физико-механическими и химическими свойствами: литий (0,6 по шкале Мооса), натрий (0,5), калий (0,4), рубидий (0,3).

Самый мягкий металл — это цезий, имеющий по шкале твердости Мооса показатель 0,2.

Физические и химические свойства щелочных металлов определяются их электронной конфигурацией. Она лишь слегка отличается от строения инертных газов.

Электрон, расположенный на внешнем энергетическом уровне обладает подвижностью, которая определяет высокую химическую активность.

Самым мягким металлам свойственна особая летучесть, их трудно добывать и сохранять в неизменном виде. Им присущи бурные химические взаимодействия с воздухом, водой, кислородом.

Элемент № 55

Название «цезий» происходит от латинского caesius – “небесно-голубой»: в спектре, излучаемом сильно нагретым веществом, в инфракрасном диапазоне видны две ярко-синие полоски.

В чистом виде он хорошо отражает свет, похож на светлое золото и имеет серебристо – желтый цвет. Цезий — самый мягкий металл в мире, показатель твердости по Бринеллю – 0,15 Мн/м2 (0,015 кгс/см2).

Температура плавления: +28,5°С, поэтому в обычных условиях, при комнатной температуре цезий находится в полужидком состоянии.

Это редкий, дорогой и чрезвычайно химически активный металл. В электронике, радиотехнике и химической промышленности высоких технологий цезий и сплавы на его основе находят всё большее применение и потребность в нем растет постоянно.

Востребованы его химическая активность, способность образовывать соединения с высочайшей электропроводностью. Цезий – важный компонент производства специальных оптических приборов, светильников с уникальными свойствами и других высокотехнологических изделий.

При этом мягкость – не самое его востребованное качество.

Металлургия тяжелых металлов

Получение меди

Основными этапами получения чистой меди являются выплавка черновой меди и ее дальнейшее рафинирование. Черновая медь добывается из руд, а низкая концентрация меди в уральских медных колчеданах и большие ее объемы не позволяют перенести производственные мощности с Урала. В качестве резерва выступают: медистые песчаники, медь-молибденовые, медь-никелевые руды.

Рафинирование меди и переплавка вторичного сырья производится на предприятиях, которые удалены от источников добычи и первичной плавки. Благоприятствует им низкая стоимость электричества, так как для получения тонны меди расходуется до 5 кВт энергии в час.

Металлургический завод

Утилизация сернистых газов с последующей переработкой послужила стартом для получения серной кислоты в химической промышленности. Из остатков апатитов производит фосфатные минеральные удобрения.

Получение свинца и цинка

Металлургия цветных металлов, таких как свинец и цинк, имеет сложную территориальную разобщенность. Добычу руды ведут на Северном Кавказе, в Забайкалье, Кузбассе и на Дальнем Востоке. А обогащение и металлургический передел проводится не только возле мест выемки руды, но и на других территориях с развитой металлургией.

Свинцовые и цинковые концентраты богаты на химическую элементную базу. Однако сырье имеет разное процентное содержание элементов, из-за чего не всегда цинк и свинец можно получить в чистом виде. Поэтому технологические процессы в районах различны:

1. В Забайкалье получают только концентраты.
2. На Дальнем Востоке получают свинец и цинковый концентрат.
3. На Кузбассе получают цинк и свинцовый концентрат.
4. На Северном Кавказе ведут передел.
5. На Урале производят цинк.

Свойства сплавов

Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой (кристаллической структурой фаз и микроструктурой). Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры. Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице. Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость.

Сплавы, используемые в промышленности

Сплавы различают по назначению: конструкционные, инструментальные и специальные.

Конструкционные сплавы:

· стали

· чугуны

· дюралюминий

Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства):

· бронзы

· латуни

Для заливки подшипников:

· баббит

Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:

· манганин

· нихром

Для изготовления режущих инструментов:

· победит

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

Мета?ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — 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.

Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

— 6 элементов в группе щелочных металлов,

— 6 в группе щёлочноземельных металлов,

— 38 в группе переходных металлов,

— 11 в группе лёгких металлов,

— 7 в группе полуметаллов,

— 14 в группе лантаноиды + лантан,

— 14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний, вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.

В астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия.