Fysiske egenskaper av metaller tabell 9. Fysiske egenskaper av metaller

Tetthet. Dette er en av de de viktigste egenskapene metaller og legeringer. I henhold til deres tetthet er metaller delt inn i følgende grupper:

lungene(tetthet ikke mer enn 5 g/cm 3) - magnesium, aluminium, titan, etc.:

tung- (tetthet fra 5 til 10 g/cm 3) - jern, nikkel, kobber, sink, tinn, etc. (dette er den mest omfattende gruppen);

veldig tung(tetthet mer enn 10 g/cm3) - molybden, wolfram, gull, bly, etc.

Tabell 2 viser tetthetsverdier av metaller. (Denne og følgende tabeller karakteriserer egenskapene til de metallene som danner grunnlaget for legeringer for kunstnerisk støping).

Tabell 2. Metalltetthet.

Smeltepunkt. Avhengig av smeltepunktet er metallet delt inn i følgende grupper:

smeltbar(smeltepunktet overstiger ikke 600 o C) - sink, tinn, bly, vismut, etc.;

middels smelting(fra 600 o C til 1600 o C) - disse inkluderer nesten halvparten av metallene, inkludert magnesium, aluminium, jern, nikkel, kobber, gull;

ildfast(mer enn 1600 o C) - wolfram, molybden, titan, krom, etc.

Kvikksølv er en væske.

Når du lager kunstneriske støpegods, bestemmer smeltepunktet til metallet eller legeringen valget av smelteenhet og ildfast støpemateriale. Når tilsetningsstoffer introduseres i et metall, synker smeltepunktet som regel.

Tabell 3. Smelte- og kokepunkter for metaller.

Spesifikk varme. Dette er mengden energi som kreves for å heve temperaturen på en enhetsmasse med én grad. Spesifikk varmekapasitet avtar med økende serienummer element i det periodiske systemet. Avhengigheten av den spesifikke varmekapasiteten til et element i fast tilstand på atommasse er beskrevet omtrent av Dulong og Petit-loven:

m a c m = 6.

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

Tabell 4 viser den spesifikke varmekapasiteten til noen metaller.

Tabell 4. Spesifikk varmekapasitet til metaller.

Latent fusjonsvarme av metaller. Denne egenskapen (tabell 5), sammen med den spesifikke varmekapasiteten til metallene, bestemmer i stor grad den nødvendige kraften til smelteenheten. Å smelte et lavtsmeltende metall krever noen ganger mer termisk energi enn et ildfast metall. For eksempel vil oppvarming av kobber fra 20 til 1133 o C kreve halvannen ganger mindre termisk energi enn oppvarming av samme mengde aluminium fra 20 til 710 o C.

Tabell 5. Latent varme av metall

Varmekapasitet. Varmekapasitet karakteriserer overføringen av termisk energi fra en del av kroppen til en annen, eller mer presist, molekylær overføring av varme i et kontinuerlig medium på grunn av tilstedeværelsen av en temperaturgradient. (Tabell 6)

Tabell 6. Termisk konduktivitetskoeffisient for metaller ved 20 o C

Kvaliteten på kunstnerisk støping er nært knyttet til metallets termiske ledningsevne. Under smelteprosessen er det viktig ikke bare å sikre en tilstrekkelig høy temperatur på metallet, men også å oppnå en jevn temperaturfordeling gjennom hele volumet av væskebadet. Jo høyere varmeledningsevnen er, jo mer jevnt fordeles temperaturen. Under elektrisk lysbuesmelting, til tross for den høye termiske ledningsevnen til de fleste metaller, når temperaturforskjellen over tverrsnittet av badet 70-80 o C, og for et metall med lav varmeledningsevne kan denne forskjellen nå 200 o C eller mer.

Gunstige forhold for temperaturutjevning skapes under induksjonssmelting.

Termisk ekspansjonskoeffisient. Denne verdien, som karakteriserer endringen i dimensjonene til en 1 m lang prøve ved oppvarming med 1 o C, er viktig for emaljearbeid (tabell 7)

De termiske ekspansjonskoeffisientene til metallbasen og emaljen bør være så nær som mulig slik at emaljen ikke sprekker etter brenning. De fleste emaljer som representerer en solid koeffisient av silisiumoksider og andre elementer har en lav termisk ekspansjonskoeffisient. Som praksis har vist, fester emaljer seg veldig godt til jern og gull, og mindre fast til kobber og sølv. Det kan antas at titan er et meget egnet materiale for emaljering.

Tabell 7. Termisk ekspansjonskoeffisient for metaller.

Refleksjonsevne. Dette er evnen til et metall til å reflektere lysbølger av en viss lengde, som oppfattes av det menneskelige øyet som farge (tabell 8). Metallfarger er vist i tabell 9.

Tabell 8. Samsvar mellom farge og bølgelengde.

Tabell 9. Metallfarger.

Rene metaller brukes praktisk talt ikke i dekorativ og brukskunst. For fremstilling av forskjellige produkter brukes legeringer, hvis fargeegenskaper avviker betydelig fra fargen på basismetallet.

I løpet av lang tid har det blitt samlet opp stor erfaring med bruk av ulike støpelegeringer for fremstilling av smykker, husholdningsartikler, skulpturer og mange andre typer kunstnerisk støping. Imidlertid er forholdet mellom strukturen til legeringen og dens reflektivitet ennå ikke avslørt.

I fjor har du allerede en idé om naturen kjemisk forbindelse, eksisterende i metallkrystaller, - metallforbindelse. La oss huske at ved nodene til metallkrystallgitter er det atomer og positive ioner av metaller, forbundet gjennom delte eksterne elektroner som tilhører hele krystallen. Disse elektronene kompenserer for de elektrostatiske frastøtningskreftene mellom de positive ionene og binder dem derved, og sikrer stabiliteten til metallgitteret.

Leksjonens innhold leksjonsnotater støttende frame leksjon presentasjon akselerasjon metoder interaktive teknologier Øve på oppgaver og øvelser selvtestverksteder, treninger, case, oppdrag lekser diskusjonsspørsmål retoriske spørsmål fra studenter Illustrasjoner lyd, videoklipp og multimedia fotografier, bilder, grafikk, tabeller, diagrammer, humor, anekdoter, vitser, tegneserier, lignelser, ordtak, kryssord, sitater Tillegg sammendrag artikler triks for nysgjerrige cribs lærebøker grunnleggende og tilleggsordbok over begreper andre Forbedre lærebøker og leksjonerrette feil i læreboka oppdatere et fragment i en lærebok, elementer av innovasjon i leksjonen, erstatte utdatert kunnskap med ny Kun for lærere perfekte leksjoner kalenderplan for året retningslinjer diskusjonsprogrammer Integrerte leksjoner

1. Nevn det mest smeltbare metallet.

Det mest smeltbare metallet er kvikksølv. Allerede kl romtemperatur det er en væske. Smeltepunkt -39C.

2. Hvilke fysiske egenskaper av metaller brukes i teknologi?

I teknologi brukes slike egenskaper til metaller som elektrisk ledningsevne, hardhet og varmebestandighet.

3. Den fotoelektriske effekten, dvs. egenskapen til metaller til å avgi elektroner under påvirkning av lysstråler, er karakteristisk for alkalimetaller, for eksempel for cesium. Hvorfor? Hvor brukes denne eiendommen?

Alkalimetaller har lavest ioniseringsenergi, dvs. de donerer lett et elektron fra det siste laget. For å ta dette elektronet bort fra metallet er til og med energien til lys (foton) tilstrekkelig.

Effekten av fotoelektriske enheter er basert på fenomenet den fotoelektriske effekten, som har mottatt forskjellige applikasjoner innen forskjellige felt av vitenskap og teknologi - fotoceller som opererer på grunnlag av den fotoelektriske effekten konverterer strålingsenergi til elektrisk energi.

4. Hvilke fysiske egenskaper ved wolfram ligger til grunn for bruken i glødelamper?

Bruken i glødelamper er basert på ildfastheten til wolfram. Smeltepunkt 3422C.

5. Hvilke egenskaper ved metaller ligger til grunn for figurative litterære uttrykk: «sølvfrost», «gyllen daggry», «blyskyer»?

De litterære uttrykkene "sølvfrost", "gyllen daggry", "blyskyer" inneholder egenskapen til metaller å reflektere lysstråler, som et resultat av at de får en karakteristisk farge og metallisk glans.

Alle metaller og metalllegeringer har visse egenskaper. Egenskaper metaller og legeringer delt inn i fire grupper: fysisk, kjemisk, mekanisk og teknologisk.

Fysiske egenskaper . Til fysiske egenskaper metaller og legeringer inkluderer: tetthet, smeltepunkt, termisk ledningsevne, termisk ekspansjon, spesifikk varme, elektrisk ledningsevne og magnetiserbarhet. De fysiske egenskapene til noen metaller er gitt i tabellen:

Fysiske egenskaper til metaller

Navn	Spesifikk vekt, g 1 cm 3	Smeltepunkt, °C	Lineær ekspansjonskoeffisient, α 10 -6	Spesifikk varmekapasitet C, kal/g-grad	Termisk ledningsevne λ, Kal/cm sek-grader	Elektrisk resistivitet ved 20°, Ohm mm / m
Aluminium
Wolfram
Mangan
Molybden

Tetthet. Mengden stoff i en enhetsvolum kalles tetthet. Tettheten til metallet kan variere avhengig av produksjonsmetoden og behandlingens art.

Temperatursmelting. Temperaturen som metallet endres fullstendig fra fast tilstand til væske, kalt smeltepunkt. Hvert metall eller legering har sitt eget smeltepunkt. Å kjenne smeltepunktet til metaller hjelper til med å lede korrekt termiske prosesser under varmebehandling av metaller.

Termisk ledningsevne. Kroppens evne til å overføre varme fra mer oppvarmede partikler til mindre oppvarmede, kalles termisk ledningsevne . Den termiske ledningsevnen til et metall bestemmes av mengden varme som passerer gjennom en metallstang med et tverrsnitt på 1 cm 2 , 1 cm lang innen 1 sek. ved en temperaturforskjell på 1°C.

TermiskUtvidelse. Oppvarming av et metall til en viss temperatur får det til å utvide seg.

Mengden av forlengelse av et metall ved oppvarming er lett å bestemme hvis koeffisienten for lineær utvidelse av metallet α er kjent. Koeffisienten for volumetrisk utvidelse av metallet ß er lik 3α.

SpesifikkVarmekapasitet. Mengde varme som kreves for å heve temperaturen 1 G stoff per 1°C kalles spesifikk varmekapasitet. Metaller har lavere varmekapasitet sammenlignet med andre stoffer, så de varmes opp uten mye varme.

Elektrisk Strømføringsevne. Metallers evne til å lede elektrisitet kalt elektrisk Strømføringsevne. Hovedmengden som karakteriserer de elektriske egenskapene til et metall er den elektriske resistiviteten ρ, dvs. motstanden som en ledning av et gitt metall på 1 m har mot strøm. og seksjon 1 mm 2. Den er definert i ohm. Den gjensidige av elektrisk resistivitet kalles elecledningsevne.

De fleste metaller er svært ledende, som sølv, kobber og aluminium. Med økende temperatur synker den elektriske ledningsevnen, og med synkende temperatur øker den.

Magnetiske egenskaper. De magnetiske egenskapene til metaller er preget av følgende størrelser: remanent induksjon, tvangskraft og magnetisk permeabilitet.

Residual induksjon (Ir) er den magnetiske induksjonen som forblir i en prøve etter at den er magnetisert og magnetfeltet er fjernet. Residuell induksjon måles i Gauss.

Tvangskraft (NS) er den magnetiske feltstyrken som må påføres prøven for å redusere gjenværende induksjon til null, dvs. avmagnetisere prøven. Tvangskraft måles i oersted.

Magnetisk permeabilitet μ karakteriserer evnen til et metall til å bli magnetisert under bestemt av formelen

Jern, nikkel, kobolt og gadolinium tiltrekkes til utsiden magnetfelt mye sterkere enn andre metaller, og beholder konstant evnen til å bli magnetisert. Disse metallene kalles ferromagnetiske (fra latinsk ord ferrum - jern), og deres magnetiske egenskaper- ferromagnetisme. Ved oppvarming til en temperatur på 768°C (Curie-temperatur), forsvinner ferromagnetismen og metallet blir ikke-magnetisk.

Kjemiske egenskaper. Kjemiske egenskaper av metaller og metalllegeringer Nevn egenskapene som bestemmer deres forhold til de kjemiske effektene av ulike aktive medier. Hvert metall eller metalllegering har en viss evne til å motstå effekten av disse miljøene.

Kjemiske påvirkninger miljøer viser seg i ulike former: jern ruster, bronse er dekket med et grønt lag av oksid, stål, når det varmes opp i herdeovner uten en beskyttende atmosfære, oksiderer, blir til avleiring, og oppløses i svovelsyre, etc. Derfor, for praktisk bruk av metaller og legeringer , er det nødvendig å kjenne dem Kjemiske egenskaper. Disse egenskapene bestemmes av endringen i vekten av testprøvene per tidsenhet per overflateenhet. For eksempel bestemmes motstanden til stål mot beleggdannelse (varmemotstand) ved å øke vekten av prøvene med 1 i 1 time. dm overflateareal i gram (forsterkning oppnås på grunn av dannelsen av oksider).

Mekaniske egenskaper. Mekaniske egenskaper bestemmer ytelsen metalllegeringer når de utsettes for ytre krefter. Disse inkluderer styrke, hardhet, elastisitet, duktilitet, slagstyrke, etc.

For å bestemme mekaniske egenskaper metalllegeringer de utsettes for ulike tester.

Prøvestrekk(gå i stykker). Dette er hovedtestmetoden som brukes for å bestemme proporsjonalgrensen σ pts, flytegrensen σ s, strekkfasthet σ b relativ forlengelse σ og relativ sammentrekning ψ.

For strekktesting lages spesielle prøver - sylindriske og flate. De kan være av forskjellige størrelser, avhengig av typen strekktestmaskin som brukes til å teste metallet.

Strekktestmaskinen fungerer som følger: testprøven festes i hodeklemmene og strekkes gradvis med økende kraft R til pause.

Ved begynnelsen av testen, under små belastninger, deformeres prøven elastisk, dens forlengelse er proporsjonal med økningen i belastningen. Avhengigheten av forlengelsen til en prøve på den påførte belastningen kalles proporsjonalitetsloven.

Den største belastningen som en prøve kan tåle uten å avvike fra proporsjonalitetsloven kalles førproporsjonalitet brekkjern:

σ pc = Рр/Fo

FO mm 2.

Når belastningen øker, avviker kurven til siden, det vil si at proporsjonalitetsloven brytes. Til punktet R r deformasjonen av prøven var elastisk. Deformasjonen kalles elastisk hvis den forsvinner helt etter at prøven er losset. I praksis antas elastisitetsgrensen for stål å være lik proporsjonalitetsgrensen.

Med en ytterligere økning i belastningen (over punktet R e) kurven begynner å avvike betydelig. Den laveste belastningen ved hvilken prøven deformeres uten merkbar økning i belastningen kalles strekkgrense:

σ s=Ps/Fo

Hvor , kgf;

F o - innledende tverrsnittsareal av prøven, mm 2. Etter flytegrensen øker belastningen til et punkt R e, der den når sitt maksimum. Ved å dele den maksimale belastningen med tverrsnittsarealet til prøven, kan strekkstyrke:

σb=Pb/Fo,

F o - innledende tverrsnittsareal av prøven, mm 2. På punktet R k prøven går i stykker. Ved endringen i prøven etter brudd bedømmes plastisiteten til metallet, som er preget av relativ forlengelse δ og innsnevring ψ.

Relativ forlengelse forstås som forholdet mellom økningen i lengden av prøven etter brudd og dens opprinnelige lengde, uttrykt i prosent:

δ= l 1 - l 0 / l 0 · 100%

Hvor l 1 - lengden på prøven etter brudd, mm;

l 0 - innledende prøvelengde, mm.

Relativ sammentrekning er forholdet mellom reduksjonen i tverrsnittsarealet til prøven etter brudd og dets opprinnelige tverrsnittsareal

φ= F o- F 1 / F 0 · 100%,

Hvor F o - innledende tverrsnittsareal av prøven, mm 2;

F 1 - tverrsnittsareal av prøven ved bruddstedet (halsen), mm 2.

Kryptest. Kryp er en eiendom metalllegeringer sakte og kontinuerlig deformeres plastisk under konstant belastning og høye temperaturer. Hovedformålet med kryptesten er å bestemme krypgrensen - størrelsen på spenningen som virker i lang tid ved en viss temperatur.

For deler som fungerer lang tid på forhøyede temperaturer, ta kun hensyn til krypehastigheten under en jevn prosess og angi grensebetingelser, for eksempel 1°/o per 1000 timer. eller 1°/o per 10.000 timer.

Prøvefor slagstyrke. Metallers evne til å motstå slagbelastninger kalles slagstyrke. Konstruksjonsstål utsettes hovedsakelig for slagstyrketesting, siden de ikke bare må ha høy statisk styrke, men også høy slagfasthet.

For testing, ta en prøve av standard form og størrelse. Prøven kuttes på midten slik at den knekker på dette stedet under testing.

Prøven testes som følger. Testprøven plasseres på støttene til pendelpåledriveren hakk til sengen . Pendel vekt G hevet til en høyde h 1 . Når den faller fra denne høyden, ødelegger pendelen prøven med kanten av en kniv, hvoretter den stiger til en høyde h 2 .

Arbeidet som brukes bestemmes av pendelens vekt og høyden på dens stigning før og etter ødeleggelsen av prøven. EN.

Når vi kjenner til arbeidet med å ødelegge prøven, beregner vi slagstyrken:

α Til=A/F

Hvor EN- arbeid brukt på destruksjon av prøven, kgsm;

F - tverrsnittsareal av prøven på snittstedet, cm 2.

VeiBrinell. Essensen av denne metoden er , at ved hjelp av en mekanisk presse presses en herdet stålkule inn i metallet som testes under en viss belastning og hardheten bestemmes av diameteren til det resulterende avtrykket.

Rockwell-metoden. For å bestemme hardheten ved hjelp av Rockwell-metoden, brukes en diamantkjegle med en spissvinkel på 120°, eller stålkule med en diameter på 1,58 mm. Med denne metoden er det ikke diameteren på trykket som måles, men dybden på innrykk av en diamantkjegle eller stålkule. Hardheten indikeres av indikatorpilen umiddelbart etter slutten av testen. Ved testing av herdede deler med høy hardhet brukes en diamantkjegle og en belastning på 150. kgf. I dette tilfellet måles hardheten på en skala MED og betegne H.R.C. Hvis en stålkule og en belastning på 100 kgf tas under testing, måles hardheten på en skala I og betegne HRB. Når du tester veldig harde materialer eller tynne produkter, bruk en diamantkjegle og en belastning på 60 kgf. Hardhet måles på en skala EN og betegne HRA.

Deler for å bestemme hardheten på en Rockwell-enhet må være godt rengjort og fri for dype merker. Rockwell-metoden lar deg teste metaller nøyaktig og raskt.

Vickers metode . Ved fastsettelse av hardhet ved hjelp av Vickers-metoden brukes en tetraedrisk diamantpyramide med en grensesnittvinkel på 136° som en spiss presset inn i materialet. Den resulterende utskriften måles ved hjelp av et mikroskop som følger med enheten. Bruk deretter tabellen og finn hardhetstallet H.V. Ved måling av hardhet brukes en av følgende belastninger: 5, 10, 20, 30, 50, 100 kgf. Små belastninger gjør det mulig å bestemme hardheten til tynne produkter og overflatelag av nitrerte og cyaniderte deler. Vickers-instrumentet brukes ofte i laboratorier.

Metode for å bestemme mikrohardhet . Denne metoden måler hardheten til svært tynne overflatelag og enkelte strukturelle komponenter. metalllegeringer.

Mikrohardhet bestemmes ved hjelp av PMT-3-enheten, som består av en mekanisme for å rykke inn en diamantpyramide under en belastning på 0,005-0,5 kgf og metallografisk mikroskop. Som et resultat av testen bestemmes lengden på diagonalen til den resulterende utskriften, hvoretter hardhetsverdien er funnet fra tabellen. Mikroseksjoner med polert overflate brukes som prøver for å bestemme mikrohardhet.

Elastisk rekylmetode. For å bestemme hardheten ved hjelp av den elastiske rekylmetoden, brukes en Shore-enhet, som fungerer som følger. På den godt rengjorte overflaten av testdelen fra en høyde N spissen, utstyrt med en diamantspiss, faller. Etter å ha truffet overflaten av delen, stiger angriperen til en høyde h. Hardhetstallene beregnes basert på høyden på spissens retur. Jo hardere metallet som testes, jo større er returhøyden til spissen, og omvendt. Shores enhet brukes hovedsakelig til å teste hardheten til store veivaksler, koblingsstanghoder, sylindre og annet store deler, hvis hardhet er vanskelig å måle med andre enheter. Shores enhet lar deg sjekke jorddeler uten å gå på bekostning av overflatekvaliteten, men testresultatene som oppnås er ikke alltid nøyaktige.

Konverteringstabell for hardhet

Avtrykksdiameter (m m) ifølge Brinell, kulediameter 10 mm, belastning 3000 kgf	Hardhetstall iht
	Brinell NV	Rockwell skala				Vickers HV

Skrapemetode. Denne metoden, i motsetning til de som er beskrevet, er preget av det faktum at det under testing ikke bare oppstår elastisk og plastisk deformasjon av det testede materialet, men også dets ødeleggelse.

For tiden for testing av hardhet og kvalitet varmebehandling For stålemner og ferdige deler uten ødeleggelse, brukes en enhet - en induktiv feildetektor DI-4. Denne enheten opererer på virvelstrømmer eksitert av et vekslende elektromagnetisk felt, som skapes av sensorer i de kontrollerte delene og referansen.

1. Hvordan er metaller plassert i D.I. Mendeleevs periodiske system? Hvordan skiller strukturen til metallatomer seg fra strukturen til ikke-metallatomer?
Metaller er hovedsakelig plassert på venstre og bunn periodiske tabell, dvs. hovedsakelig i gruppene I-III. Og på det ytre energinivået har metaller vanligvis fra en til tre elektroner (selv om unntak er mulige: antimon og vismut har 5 elektroner, polonium har 6).

2. Hvordan skiller metallkrystallgitter seg i struktur og egenskaper fra ioniske og atomære krystallgitter?
Ved nodene til et metallkrystallgitter er det positivt ladede ioner og atomer, mellom hvilke elektroner beveger seg, og i molekylær og atom krystallgitter Molekyler og atomer befinner seg henholdsvis ved nodene.

3. Hva er de generelle fysiske egenskapene til metaller? Forklar disse egenskapene basert på ideer om metallisk binding.

4. Hvorfor er noen metaller formbare (som kobber) og andre sprø (som antimon)?
Antimon har 5 elektroner på det ytre energinivået, kobber har 1. Med en økning i antall elektroner sikres styrken til individuelle lag av ioner, og forhindrer deres frie glidning, og reduserer duktiliteten.

5. Når 12,9 g av en legering bestående av kobber og sink ble «løst opp» i saltsyre, ble det oppnådd 2,24 liter hydrogen (n.s.). Beregn massefraksjonene (i prosent) av sink og kobber i denne legeringen.

6. Kobber-aluminiumslegering bearbeidet 60 g av saltsyre (massefraksjon HCl – 10 %). Beregn massen og volumet av gassen som frigjøres (nr.).

TEST OPPGAVER

1. De mest uttalte metalliske egenskapene vises av et enkelt stoff hvis atomer har strukturen til et elektronskall
1) 2e, 1e

2. De mest uttalte metalliske egenskapene vises av enkle stoffer hvis atomer har strukturen til et elektronskall
4) 2e, 8e, 18e, 8e, 2e

3. Et fast stoff som har et krystallgitter leder elektrisitet godt
3) metall