Главная | Авиация, Авиастроение
Общие сведения о металлах и их сплавах
625
Раздел первый ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ
Глава I ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
О МЕТАЛЛАХ И ИХ СПЛАВАХ
Общие сведения о металлах и их сплавах
В настоящее время известно 107 химических элементов (см. Периодическую систему элементов Д. И. Менделеева), которые делятся на две основные группы: металлы и неметаллы (металлоиды). Большинство элементов (83) — металлы, отличительными признаками которых являются непрозрачность, специфический блеск, высокая теплопроводность и электропроводность, ковкость и др. При обычной температуре все металлы, кроме ртути, находятся в твердом состоянии. Металлоиды не имеют таких свойств.
Перечисленными выше свойствами металлы обладают в различной степени, что и определяет их различное практическое использование. Наиболее широкое применение в промышленности получили железо, медь, алюминий, магний, свинец, цинк и олово.
В земной коре металлы занимают небольшое место (около 15% по массе), остальную часть составляют кислород (49%), кремний (26%) и другие металлоиды. Самыми распространенными металлами являются алюминий (7%) и железо (5%), реже встречаются кальций, натрий, магний и калий. Содержание урана, золота, платины и других редких металлов определяется миллионными и миллиардными долями процента.
В технике слово «металлы» объединяет чистые металлы и сплавы. Чистыми металлами называют химические элементы обычно с небольшими добавками других элементов (примесей).
Например, техническая медь содержит примеси свинца, висмута, сурьмы, железа, мышьяка, олова и других элементов.Сплавы — это сложные материалы, образующиеся путем соединения двух и более элементов (в том числе и неметаллов).
Чистые металлы имеют заданные природой свойства. Сплавам можно придать необходимые свойства, поэтому они и получили наибольшее распространение.
В промышленности металлы обычно делят на две группы: черные и цветные. Черные металлы — это железо и его сплавы с углеродом (сталь и чугун). Цветные металлы — это медь, алюминий, магний, никель, цинк, олово, свинец и др. и их сплавы. Наиболее распространены черные металлы (на их долю приходится более 90% общей массы металлов). Из металлоидов широко применяют углерод и кремний.
Металлы получают из металлических руд, которые представляют собой скопление химических элементов в виде простых веществ или соединений. Добычей руд из недр земли занимается горнодобывающая промышленность, получением металлов и сплавов из руд — металлургическая. В соответствии с делением металлов на черные и цветные металлургия делится также на черную и цветную.
В настоящее время выплавляют около 75 металлов и огромное количество сплавов.
§ 2. Внутреннее строение металлов и их сплавов
Все вещества состоят из атомов, а атом — из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов (рис. 1). В ядре находятся положительно заряженные частицы — протоны. Количество протонов при обычном состоянии атома равно количеству электронов, т. е. атом электрически нейтрален. Число электронов, обозначенное порядковым номером в периодической системе элементов Д. И. Менделеева, для каждого элемента различно. Атом при определенных условиях может терять и приобретать электроны. Если электронов станет больше, чем протонов, то он будет заряжен отрицательно, а если меньше, то положительно. Такой электрически заряженный атом называется попом.
Электроны вращаются вокруг ядра по орбитам, число которых определяется номером периода элемента в периодической, системе.
У металлов на внешней орбите находятся один, два или три электрона, слабо связанных с ядром, поэтому под воздействием положительно заряженных атомов они могут отрываться от своего атома, превращая его в положительно заряженный ион. Электроны, свободно переходящие от одного атома к другому, называются свободными.
Атомы металлоидов при определенных условиях стремятся заполнить внешнюю оболочку, т. е. присоединить электроны и превратиться в отрицательно заряженные ноны.