Metallers fysiske egenskaber tabel 9. Metallers fysiske egenskaber

Tæthed. Dette er en af de de vigtigste egenskaber metaller og legeringer. Ifølge deres densitet er metaller opdelt i følgende grupper:

lunger(densitet ikke over 5 g/cm 3) - magnesium, aluminium, titanium osv.:

tung- (densitet fra 5 til 10 g/cm 3) - jern, nikkel, kobber, zink, tin osv. (dette er den mest omfattende gruppe);

meget tung(densitet mere end 10 g/cm3) - molybdæn, wolfram, guld, bly osv.

Tabel 2 viser densitetsværdierne for metaller. (Denne og følgende tabeller karakteriserer egenskaberne af de metaller, der danner basis for legeringer til kunstnerisk støbning).

Tabel 2. Metaldensitet.

Smeltepunkt. Afhængigt af smeltepunktet er metallet opdelt i følgende grupper:

smeltelig(smeltepunktet overstiger ikke 600 o C) - zink, tin, bly, vismut osv.;

middelsmeltende(fra 600 o C til 1600 o C) - disse omfatter næsten halvdelen af metallerne, herunder magnesium, aluminium, jern, nikkel, kobber, guld;

ildfast(mere end 1600 o C) - wolfram, molybdæn, titanium, krom osv.

Kviksølv er en væske.

Ved fremstilling af kunstneriske støbninger bestemmer smeltepunktet for metallet eller legeringen valget af smelteenhed og ildfast støbemateriale. Når additiver indføres i et metal, falder smeltepunktet som regel.

Tabel 3. Smelte- og kogepunkter for metaller.

Specifik varme. Dette er den mængde energi, der kræves for at hæve temperaturen på en enhedsmasse med én grad. Specifik varmekapacitet falder med stigende serienummer grundstof i det periodiske system. Afhængigheden af den specifikke varmekapacitet af et grundstof i fast tilstand af atommasse er beskrevet tilnærmelsesvis af Dulong og Petit-loven:

m a c m = 6.

Hvor, m a - atommasse; c m- specifik varmekapacitet (J/kg * o C).

Tabel 4 viser den specifikke varmekapacitet for nogle metaller.

Tabel 4. Metallers specifik varmekapacitet.

Latent smeltevarme af metaller. Denne egenskab (tabel 5) sammen med metallernes specifikke varmekapacitet bestemmer i høj grad den nødvendige effekt af smelteenheden. At smelte et lavtsmeltende metal kræver nogle gange mere termisk energi end et ildfast metal. For eksempel vil opvarmning af kobber fra 20 til 1133 o C kræve halvanden gang mindre termisk energi end opvarmning af den samme mængde aluminium fra 20 til 710 o C.

Tabel 5. Latent varme af metal

Varmekapacitet. Varmekapacitet karakteriserer overførslen af termisk energi fra en del af kroppen til en anden, eller mere præcist, den molekylære overførsel af varme i et kontinuerligt medium på grund af tilstedeværelsen af en temperaturgradient. (Tabel 6)

Tabel 6. Termisk konduktivitetskoefficient for metaller ved 20 o C

Kvaliteten af kunstnerisk støbning er tæt forbundet med metallets varmeledningsevne. Under smeltningsprocessen er det vigtigt ikke kun at sikre en tilstrækkelig høj temperatur på metallet, men også at opnå en ensartet temperaturfordeling i hele væskebadets volumen. Jo højere varmeledningsevnen er, jo mere ensartet er temperaturen fordelt. Under elektrisk lysbuesmeltning når temperaturforskellen på tværs af badets tværsnit, på trods af de fleste metallers høje termiske ledningsevne, 70-80 o C, og for et metal med lav varmeledningsevne kan denne forskel nå 200 o C eller mere.

Gunstige betingelser for temperaturudligning skabes under induktionssmeltning.

Termisk udvidelseskoefficient. Denne værdi, som karakteriserer ændringen i dimensionerne af en 1 m lang prøve, når den opvarmes med 1 o C, er vigtig for emaljearbejde (tabel 7)

De termiske udvidelseskoefficienter for metalbasen og emaljen skal være så tæt som muligt, så emaljen ikke revner efter brænding. De fleste emaljer, der repræsenterer en fast koefficient af siliciumoxider og andre elementer, har en lav termisk udvidelseskoefficient. Som praksis har vist, hæfter emaljer meget godt til jern og guld og mindre fast til kobber og sølv. Det kan antages, at titanium er et særdeles velegnet materiale til emaljering.

Tabel 7. Termisk udvidelseskoefficient for metaller.

Refleksion. Dette er et metals evne til at reflektere lysbølger af en vis længde, som af det menneskelige øje opfattes som farve (tabel 8). Metalfarver er vist i tabel 9.

Tabel 8. Overensstemmelse mellem farve og bølgelængde.

Tabel 9. Metalfarver.

Rene metaller bruges praktisk talt ikke i dekorativ og brugskunst. Til fremstilling af forskellige produkter anvendes legeringer, hvis farveegenskaber adskiller sig væsentligt fra farven på basismetallet.

I løbet af lang tid er der oparbejdet stor erfaring i brugen af forskellige støbelegeringer til fremstilling af smykker, husholdningsartikler, skulpturer og mange andre former for kunstnerisk støbning. Forholdet mellem legeringens struktur og dens reflektionsevne er dog endnu ikke blevet afsløret.

Sidste år har du allerede en idé om naturen kemisk binding, eksisterende i metalkrystaller, - metalforbindelse. Lad os huske på, at der ved knuderne af metalkrystalgitter er atomer og positive ioner af metaller, forbundet gennem delte eksterne elektroner, der tilhører hele krystallen. Disse elektroner kompenserer for de elektrostatiske frastødningskræfter mellem de positive ioner og binder dem derved, hvilket sikrer metalgitterets stabilitet.

Lektionens indhold lektionsnotater understøttende frame lektion præsentation acceleration metoder interaktive teknologier Praksis opgaver og øvelser selvtest workshops, træninger, cases, quests lektier diskussion spørgsmål retoriske spørgsmål fra elever Illustrationer lyd, videoklip og multimedier fotografier, billeder, grafik, tabeller, diagrammer, humor, anekdoter, vittigheder, tegneserier, lignelser, ordsprog, krydsord, citater Tilføjelser abstracts artikler tricks for de nysgerrige krybber lærebøger grundlæggende og yderligere ordbog over begreber andet Forbedring af lærebøger og lektionerrette fejl i lærebogen opdatering af et fragment i en lærebog, elementer af innovation i lektionen, udskiftning af forældet viden med ny Kun for lærere perfekte lektioner kalenderplan for året metodiske anbefalinger diskussionsprogrammer Integrerede lektioner

1. Nævn det mest smeltelige metal.

Det mest smeltelige metal er kviksølv. Allerede kl stuetemperatur det er en væske. Smeltepunkt -39C.

2. Hvilke fysiske egenskaber ved metaller bruges i teknologi?

I teknologi bruges sådanne egenskaber af metaller som elektrisk ledningsevne, hårdhed og varmemodstand.

3. Den fotoelektriske effekt, det vil sige metallers egenskab til at udsende elektroner under påvirkning af lysstråler, er karakteristisk for alkalimetaller, for eksempel for cæsium. Hvorfor? Hvor bruges denne ejendom?

Alkalimetaller har den laveste ioniseringsenergi, dvs. de donerer nemt en elektron fra det sidste lag. For at tage denne elektron væk fra metallet er selv lysets energi (foton) tilstrækkelig.

Effekten af fotoelektriske enheder er baseret på fænomenet den fotoelektriske effekt, som har modtaget forskellige anvendelser inden for forskellige områder af videnskab og teknologi - fotoceller, der opererer på basis af den fotoelektriske effekt, omdanner strålingsenergi til elektrisk energi.

4. Hvilke fysiske egenskaber ved wolfram ligger til grund for dets anvendelse i glødelamper?

Dens anvendelse i glødelamper er baseret på tungstens ildfasthed. Smeltepunkt 3422C.

5. Hvilke egenskaber ved metaller ligger til grund for figurative litterære udtryk: "sølvfrost", "gyldent daggry", "blyskyer"?

De litterære udtryk "sølvfrost", "gyldne daggry", "blyskyer" indeholder metallers egenskab til at reflektere lysstråler, som et resultat af hvilket de får en karakteristisk farve og metallisk glans.

Alle metaller og metallegeringer har visse egenskaber. Egenskaber metaller og legeringer opdelt i fire grupper: fysisk, kemisk, mekanisk og teknologisk.

Fysiske egenskaber . Til fysiske egenskaber metaller og legeringer omfatter: massefylde, smeltepunkt, termisk ledningsevne, termisk udvidelse, specifik varme, elektrisk ledningsevne og magnetiserbarhed. De fysiske egenskaber af nogle metaller er angivet i tabellen:

Metallers fysiske egenskaber

Navn	Bestemt vægt, g 1 cm 3	Smeltepunkt, °C	Lineær ekspansionskoefficient, α 10 -6	Specifik varmekapacitet C, kal/g-grad	Termisk ledningsevne λ, Kal/cm sek-grader	Elektrisk resistivitet ved 20°, Ohm mm / m
Aluminium

Wolfram



Mangan

Molybdæn

Tæthed. Mængden af stof indeholdt i en enhedsvolumen kaldes tæthed. Densiteten af metallet kan variere afhængigt af metoden til dets fremstilling og arten af forarbejdning.

Temperatursmeltning. Den temperatur, hvor metallet helt skifter fra fast tilstand til væske, kaldet smeltepunkt. Hvert metal eller hver legering har sit eget smeltepunkt. At kende smeltepunktet for metaller hjælper med at lede korrekt termiske processer under varmebehandling af metaller.

Termisk ledningsevne. Kroppens evne til at overføre varme fra mere opvarmede partikler til mindre opvarmede kaldes termisk ledningsevne . Et metals termiske ledningsevne bestemmes af mængden af varme, der passerer gennem en metalstang med et tværsnit på 1 cm 2 , 1 cm lang inden for 1 sek. ved en temperaturforskel på 1°C.

Termiskforlængelse. Opvarmning af et metal til en bestemt temperatur får det til at udvide sig.

Mængden af forlængelse af et metal, når det opvarmes, er let at bestemme, hvis den lineære ekspansionskoefficient af metallet a er kendt. Den volumetriske udvidelseskoefficient af metallet ß er lig med 3α.

Bestemtvarmekapacitet. Mængde varme, der kræves for at hæve temperaturen 1 G stof per 1°C kaldes specifik varmekapacitet. Metaller har en lavere varmekapacitet sammenlignet med andre stoffer, så de opvarmes uden meget varme.

Elektrisk ledningsevne. Metals evne til at lede elektrisk strøm ringede elektrisk ledningsevne. Hovedstørrelsen, der kendetegner et metals elektriske egenskaber, er den elektriske resistivitet ρ, det vil sige den modstand, som en ledning af et givet metal på 1 m lang har over for strøm. og afsnit 1 mm 2. Det er defineret i ohm. Den reciproke af elektrisk resistivitet kaldes elecledningsevne.

De fleste metaller er stærkt ledende, såsom sølv, kobber og aluminium. Med stigende temperatur falder den elektriske ledningsevne, og med faldende temperatur stiger den.

Magnetiske egenskaber. De magnetiske egenskaber af metaller er karakteriseret ved følgende størrelser: remanent induktion, tvangskraft og magnetisk permeabilitet.

Resterende induktion (Ir) er den magnetiske induktion, der forbliver i en prøve, efter at den er magnetiseret og magnetfeltet er fjernet. Restinduktion måles i Gauss.

Tvangskraft (NS) er den magnetiske feltstyrke, der skal påføres prøven for at reducere den resterende induktion til nul, dvs. afmagnetisere prøven. Tvangskraft måles i oersted.

Magnetisk permeabilitet μ karakteriserer et metals evne til at blive magnetiseret under bestemt af formlen

Jern, nikkel, kobolt og gadolinium tiltrækkes til ydersiden magnetisk felt meget stærkere end andre metaller, og bevarer konstant evnen til at blive magnetiseret. Disse metaller kaldes ferromagnetiske (fra latinske ord ferrum - jern), og deres magnetiske egenskaber- ferromagnetisme. Ved opvarmning til en temperatur på 768°C (Curie-temperatur), forsvinder ferromagnetismen, og metallet bliver ikke-magnetisk.

Kemiske egenskaber. Kemiske egenskaber af metaller og metallegeringer Nævn de egenskaber, der bestemmer deres forhold til de kemiske virkninger af forskellige aktive medier. Hvert metal eller metallegering har en vis evne til at modstå virkningerne af disse miljøer.

Kemiske påvirkninger miljøer viser sig i forskellige former: jern ruster, bronze er dækket af et grønt lag af oxid, stål, ved opvarmning i bratlukningsovne uden beskyttende atmosfære, oxideres, bliver til skæl og opløses i svovlsyre osv. Derfor til praktisk brug af metaller og legeringer , er det nødvendigt at kende dem kemiske egenskaber. Disse egenskaber bestemmes af ændringen i vægten af testprøverne pr. tidsenhed pr. overfladeenhed. For eksempel bestemmes stålets modstandsdygtighed over for kalkdannelse (varmebestandighed) ved at øge vægten af prøverne med 1 i 1 time. dm overfladeareal i gram (forstærkning opnås på grund af dannelsen af oxider).

Mekaniske egenskaber. Mekaniske egenskaber bestemmer ydeevnen metallegeringer når de udsættes for ydre kræfter. Disse omfatter styrke, hårdhed, elasticitet, duktilitet, slagstyrke osv.

At bestemme mekaniske egenskaber metallegeringer de udsættes for forskellige tests.

Forsøgtrækstyrke(pause). Dette er den vigtigste testmetode, der bruges til at bestemme den proportionale grænse σ pts, flydespændingen σ s, trækstyrke σ b relativ forlængelse σ og relativ kontraktion ψ.

Til trækprøvning fremstilles specielle prøver - cylindriske og flade. De kan have forskellige størrelser, afhængigt af typen af trækprøvemaskine, der bruges til at teste metallet.

Træktestmaskinen fungerer som følger: testprøven fastgøres i hovedklemmerne og strækkes gradvist med stigende kraft R indtil pausen.

I begyndelsen af testen, under små belastninger, deformeres prøven elastisk, dens forlængelse er proportional med stigningen i belastningen. Afhængigheden af forlængelsen af en prøve af den påførte belastning kaldes proportionalitetsloven.

Den største belastning, som en prøve kan modstå uden at afvige fra proportionalitetsloven, kaldes førproportionalitet brækjern:

σ pc = PP/Fo

FO mm 2.

Når belastningen øges, afviger kurven til siden, dvs. proportionalitetsloven overtrædes. Til sagen R r deformationen af prøven var elastisk. Deformationen kaldes elastisk, hvis den forsvinder fuldstændigt efter aflæsning af prøven. I praksis antages elasticitetsgrænsen for stål at være lig med proportionalitetsgrænsen.

Med en yderligere forøgelse af belastningen (over punktet R e) kurven begynder at afvige betydeligt. Den mindste belastning, ved hvilken prøven deformeres uden en mærkbar stigning i belastningen, kaldes udbyttestyrke:

σ s=Ps/Fo

Hvor , kgf;

F o - indledende tværsnitsareal af prøven, mm 2. Efter vigegrænsen stiger belastningen til et punkt R e, hvor den når sit maksimum. Ved at dividere den maksimale belastning med prøvens tværsnitsareal, trækstyrke:

σb=Pb/Fo,

F o - indledende tværsnitsareal af prøven, mm 2. På punktet R k prøven går i stykker. Ved ændringen i prøven efter brud bedømmes metallets plasticitet, som er karakteriseret ved relativ forlængelse δ og indsnævring af ψ.

Relativ forlængelse forstås som forholdet mellem stigningen i længden af prøven efter brud og dens oprindelige længde, udtrykt som en procentdel:

δ= l 1 - l 0 / l 0 · 100%

Hvor l 1 - længden af prøven efter brud, mm;

l 0 - indledende prøvelængde, mm.

Relativ kontraktion er forholdet mellem reduktionen i prøvens tværsnitsareal efter brud og dens oprindelige tværsnitsareal

φ= F o- F 1 / F 0 · 100%,

Hvor F o - indledende tværsnitsareal af prøven, mm 2;

F 1 - tværsnitsareal af prøven ved brudstedet (hals), mm 2.

Krybetest. Kryb er en ejendom metallegeringer langsomt og kontinuerligt deformeres plastisk under konstant belastning og høje temperaturer. Hovedformålet med krybetesten er at bestemme krybegrænsen - størrelsen af den spænding, der virker i lang tid ved en bestemt temperatur.

Til dele, der virker lang tid på forhøjede temperaturer, tag kun hensyn til krybehastigheden under en stabil proces og sæt grænsebetingelser, for eksempel 1°/o pr. 1000 timer. eller 1 °/o pr. 10.000 timer.

Forsøgfor slagstyrke. Metallers evne til at modstå stødbelastninger kaldes slagstyrke. Konstruktionsstål udsættes hovedsageligt for slagstyrketestning, da de ikke kun skal have høj statisk styrke, men også høj slagfasthed.

Til test skal du tage en prøve af standardform og -størrelse. Prøven skæres i midten, så den knækker på dette sted under testning.

Prøven testes som følger. Testprøven placeres på understøtningerne af pendulpæledriveren hak til sengen . Pendulum vægt G hævet til en højde h 1 . Når det falder fra denne højde, ødelægger pendulet prøven med kanten af en kniv, hvorefter den stiger til en højde h 2 .

Det forbrugte arbejde bestemmes ud fra vægten af pendulet og højden af dets stigning før og efter ødelæggelsen af prøven. EN.

Ved at kende arbejdet med at ødelægge prøven, beregner vi slagstyrken:

α Til=A/F

Hvor EN- arbejde brugt på destruktion af prøven kgsm;

F - tværsnitsareal af prøven på snitstedet, cm 2.

VejBrinell. Essensen af denne metode er , at ved hjælp af en mekanisk presse presses en hærdet stålkugle ind i metallet under en vis belastning og hårdheden bestemmes af diameteren af det resulterende aftryk.

Rockwell metode. For at bestemme hårdhed ved hjælp af Rockwell-metoden anvendes en diamantkegle med en topvinkel på 120°, eller stålkugle med en diameter på 1,58 mm. Med denne metode er det ikke aftrykkets diameter, der måles, men dybden af indrykning af en diamantkegle eller stålkugle. Hårdheden er angivet med indikatorpilen umiddelbart efter afslutningen af testen. Ved test af hærdede dele med høj hårdhed anvendes en diamantkegle og en belastning på 150. kgf. I dette tilfælde måles hårdhed på en skala MED og betegne H.R.C. Hvis der tages en stålkugle og en belastning på 100 kgf under test, så måles hårdheden på en skala I og betegne HRB. Når du tester meget hårde materialer eller tynde produkter, skal du bruge en diamantkegle og en belastning på 60 kgf. Hårdhed måles på en skala EN og betegne HRA.

Dele til bestemmelse af hårdhed på en Rockwell-enhed skal være godt rengjorte og fri for dybe mærker. Rockwell-metoden giver dig mulighed for præcist og hurtigt at teste metaller.

Vickers metode . Ved fastlæggelse af hårdhed ved hjælp af Vickers-metoden anvendes en tetraedrisk diamantpyramide med en grænsefladevinkel på 136° som en spids presset ind i materialet. Det resulterende print måles ved hjælp af et mikroskop inkluderet i enheden. Find derefter hårdhedstallet ved hjælp af tabellen H.V. Ved måling af hårdhed anvendes en af følgende belastninger: 5, 10, 20, 30, 50, 100 kgf. Små belastninger gør det muligt at bestemme hårdheden af tynde produkter og overfladelag af nitrerede og cyaniderede dele. Vickers-instrumentet er almindeligt anvendt i laboratorier.

Metode til bestemmelse af mikrohårdhed . Denne metode måler hårdheden af meget tynde overfladelag og nogle strukturelle komponenter. metallegeringer.

Mikrohårdhed bestemmes ved hjælp af PMT-3-enheden, som består af en mekanisme til indrykning af en diamantpyramide under en belastning på 0,005-0,5 kgf og metallografisk mikroskop. Som et resultat af testen bestemmes længden af diagonalen af det resulterende print, hvorefter hårdhedsværdien findes fra tabellen. Mikrosektioner med en poleret overflade bruges som prøver til bestemmelse af mikrohårdhed.

Elastisk rekylmetode. For at bestemme hårdhed ved hjælp af den elastiske rekylmetode anvendes en Shore-anordning, som fungerer som følger. På den godt rengjorte overflade af testdelen fra en højde N angriberen, udstyret med en diamantspids, falder. Efter at have ramt overfladen af delen stiger angriberen til en højde h. Hårdhedstallene er beregnet ud fra højden af angriberens rebound. Jo hårdere metal, der testes, jo større rebound-højde har angriberen og omvendt. Shores enhed bruges hovedsageligt til at teste hårdheden af store krumtapaksler, plejlstangshoveder, cylindre og andre store dele, hvis hårdhed er svær at måle med andre enheder. Shores enhed giver dig mulighed for at kontrollere jorddele uden at gå på kompromis med overfladekvaliteten, men de opnåede testresultater er ikke altid nøjagtige.

Konverteringstabel for hårdhed

Aftryksdiameter (m m) ifølge Brinell, kuglediameter 10 mm, belastning 3000 kgf	Hårdhedstal iflg
	Brinell NV	Rockwell skala	Vickers HV
	Brinell NV		Vickers HV

Ridsemetode. Denne metode, i modsætning til de beskrevne, er kendetegnet ved, at der under testning ikke kun forekommer elastisk og plastisk deformation af det testede materiale, men også dets ødelæggelse.

I øjeblikket til test af hårdhed og kvalitet varmebehandling Til stålemner og færdige dele uden ødelæggelse anvendes en enhed - en induktiv fejldetektor DI-4. Denne enhed fungerer på hvirvelstrømme exciteret af et vekslende elektromagnetisk felt, som skabes af sensorer i de kontrollerede dele og referencen.

1. Hvordan er metaller placeret i D.I. Mendeleevs periodiske system? Hvordan adskiller strukturen af metalatomer sig fra strukturen af ikke-metalatomer?
Metaller er overvejende placeret til venstre og nederst periodiske tabel, dvs. hovedsageligt i gruppe I-III. Og på det ydre energiniveau har metaller normalt fra en til tre elektroner (selvom undtagelser er mulige: antimon og bismuth har 5 elektroner, polonium har 6).

2. Hvordan adskiller metalkrystalgitre sig i struktur og egenskaber fra ion- og atomkrystalgitter?
Ved knudepunkterne i et metalkrystalgitter er der positivt ladede ioner og atomer, mellem hvilke elektroner bevæger sig, og i det molekylære og atomare krystalgitter Molekyler og atomer er placeret ved knudepunkterne hhv.

3. Hvad er de generelle fysiske egenskaber ved metaller? Forklar disse egenskaber ud fra ideer om metallisk binding.

4. Hvorfor er nogle metaller formbare (såsom kobber) og andre sprøde (såsom antimon)?
Antimon har 5 elektroner på det ydre energiniveau, kobber har 1. Med en stigning i antallet af elektroner sikres styrken af individuelle lag af ioner, hvilket forhindrer deres frie glidning, hvilket reducerer duktiliteten.

5. Når 12,9 g af en legering bestående af kobber og zink blev "opløst" i saltsyre, blev der opnået 2,24 liter brint (n.s.). Beregn massefraktionerne (i procent) af zink og kobber i denne legering.