Практические занятия в школьных учебных мастерских
Краткие сведения о металлах

Поговорим о металлах - понятия о металлах и их свойства

Металлы и их многочисленные сплавы являются важнейшими материалами в современной промышленности. Они широко применяются в машиностроении, сельском хозяйстве, строительном деле, на транспорте и в повседневной жизни человека. Значение металлов очень велико. Достаточно вспомнить, что все современные машины, двигатели, паровозы и тепловозы, пароходы и теплоходы, самолеты, автомобили, тракторы, мосты,, здания и многие другие сооружения построены целиком или в основном из металлов. Без металлов не может существовать современная промышленность, а вместе с тем и вообще современная культура. 
Количество производимых металлов, а особенно чугуна и стали, определяет уровень развития всех отраслей народного хозяйства страны, а следовательно, и ее экономическое положение в целом. На рисунке 90 приведена диаграмма роста выплавки чугуна и стали, а также производства проката в нашей стране. Даны также плановые цифры на 1960 год. Диаграмма отчетливо показывает, каких огромных результатов достигла наша страна в развитии социалистической промышленности, тесно связанной с производством металлов. 
Металлы представляют собой группу химических элементов, обладающих высокой прочностью, упругостью, характерным металлическим блеском, пластичностью (ковкостью), электропроводностью, теплопроводностью и другими полезными свойствам». В обычных условиях металлы, кроме ртути - это твердые тела. Добыча и обработка металлов зародились в глубокой древности. Первыми металлами, примененными человеком, были самородные металлы: медь, серебро, свинец и др. Позднее человек научился добывать и обрабатывать железо. Как в древности, так и в средние века, обработка металлов производилась в основном вручную. Металл нагревался в горнах, раздуваемых ручными мехами; в более редких случаях для этого применялись водяные колеса или использовалась сила тяги лошадей. Нагретому металлу необходимая форма придавалась ударами больших ручных молотов-кувалд. 
Окончательная обработка изделий производилась также вручную, посредством рубки зубилом, холодной выколотки молотками, опиливания ручными напильниками и т. п.В XIX веке были изобретены и получили быстрое распространение паровые двигатели, паровозы и пароходы, текстильные машины, металлорежущие станки и многие другие машины. В связи с этим возникла настоятельная необходимость в получении больших количеств дешевого металла и быстрого развития новых методов его обработки. В этот период создаются новые разнообразные сплавы металлов с различными свойствами, значительно улучшающими возможности их использования. В XX веке развитие промышленности идет исключительно быстрыми темпами. Вместе с тем создаются современные, высокопроизводительные методы обработки металлов. 
Из 75 металлов, известных в настоящее время, 49 имеют промышленное применение в чистом виде или в виде сплавов и соединений; остальные металлы не имеют еще широкого применения за пределами лабораторий, а 5 из них открыты лишь в процессе новейших работ при производстве атомной энергии. В природе встречаются металлы в химически чистом виде, но, как правило, они не удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к ним техникой, поэтому подавляющее большинство металлов применяют в виде сплавов. Сплавами металлов называются сложные вещества, полученные путем сплавления металлов с другими элементами. Сплавы могут состоять либо только из металлов (например, латунь является сплавом меди с цинком), либо из металлов с некоторым количеством неметаллов (например, сталь и чугун являются сплавами железа с углеродом). 
Свойства сплавов зависят от входящих компонентов и структуры. Расплавленные сплавы представляют собой растворы. В процессе затвердевания сплавов их компоненты могут образовать следующие структуры: механические смеси, химические соединения и твердые растворы. Механические смеси образуются в случаях, когда компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическое соединение. Химические соединения возможны при наличии определенного весового соотношения между элементами, при этом получаются новые однородные вещества с определенной химической формулой. Твердые растворы представляют собой однородные смеси двух или более металлов, в которых компоненты и после остывания остаются в состоянии взаимного растворения. 
В зависимости от химического состава, структуры и термической обработки могут быть получены следующие характерные сплавы: высокопрочные, твердые и сверхтвердые, пластичные, жаропрочные, химически устойчивые, с высокой электропроводностью, немагнитные и многие другие. Железо, являющееся основным компонентом всех видов ста и чугуна, составляет 5,1% от веса земной коры, алюминий 8,8° магний 2,1%, титан 0,6% и т. д.Некоторые металлы содержат в земной коре в сотых долях процента (например, медь, марганец ванадий, цирконий), или даже в тысячных долях (например, ци» олово, свинец, никель, кобальт и др.). Еще в меньшем количестве в земной коре содержатся такие важнейшие металлы, как воль рам, платина, золото, а также уран, используемый для получении атомной энергии. 
Количественное содержание металлов в земной коре значительно влияет и на их стоимость, так как чем реже встречает определенный металл, тем обычно труднее его добывание. Применение тех или иных металлов или сплавов в технике определяется, с одной стороны, их стоимостью, а с другой, и это на более важно, соответствием определенных свойств металлов ш сплавов тем требованиям, которые предъявляются к ним с цель обеспечения наилучшей работы изготовленных из них изделий. Прочность, работоспособность, надежность и долговечное машин и сооружений зависят главным образом от свойств мета лов и сплавов, применяемых для их изготовления. Знание этих свойств дает возможность правильно выбрать нужный матери для тех или иных изделий. Разнообразные свойства металлов подразделяют на физические, химические, механические и технологические. 
К

физическим свойствам

относят: цвет, удельный вес, температуру плавления, электропроводность, теплопроводность, магнитные свойства и т. п.; 
к

химическим

- окисляемость, коррозийную стойкое к механическим - прочность, твердость, упругость, пластичность, ударную вязкость; 
к

технологическим

- литейные свойства, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием, способность к терм ческой обработке, то есть те свойства, которые определяют соответствующие способы обработки металлов при изготовлен из них изделий. 
Физические и химические свойства металлов 
Цвет. Большинство металлов имеет серый «металлический цвет», изменяющийся в оттенках от серо-стального до серебристо белого. Резкое отличие имеют медь, сплавы меди и золото. Находясь на воздухе, металлы окисляются, их поверхность темнеет, придавая каждому из них присущий ему характерный цвет; однако эта окраска не является цветом металла. Естественный цвет и блеск наружной поверхности в течение длительного времени сохраняют лишь металлы, не окисляемые на воздухе: серебро, золото, платина, титан, а также металлы, образующие на своей поверхности защитный окислительный слой, например алюминий. В зависимости от удельного веса металлы разделяют на легкие с удельным весом до 5 (магний 1,74, алюминий 2,7, титан 4,5) и тяжелые с удельным весом больше 5 (железо 7,87, свинец 11,3, вольфрам 19,3 и др.). 
Разработчик:Территория SlavSSoft