Общие сведения о металлах

Среди известных в настоящее время 106 элементов периодической таблицы Менделеева большая часть – металлы.

Главным физическим критерием металлического состояния является изменение электросопротивления у металлов в зависимости от его температурного состояния. Свойствами металлов являются также высокая прочность, пластичность и ковкость, непрозрачность и металлический блеск. Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких различно ориентированных один по отношению к другому кристаллов.

Все металлы разделяются на две большие группы- черные и цветные металлы.

Черные металлы имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления, относительно высокую твердость и подразделяются следующим образом:

а) железные металлы - железо, кобальт, никель, марганец;

б) тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем у железа (т.е. выше 1539^оС);

Цветные металлы подразделяются на:

а) легкие металлы -бериллий, магний, алюминий, обладающие малой плотностью;

б) благородные металлы- серебро, золото, металлы платиновой группы;

в) легкоплавкие металлы - цинк, кадмий, ртуть, олово, свинец и некоторые другие.

Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами относится к группе черных металлов.

В технике железо применяется в виде сплавов.

Сплавом называется вещество, полученное переплавлением двух или более элементов и представляют собой как механическую смесь компонентов, так и химическое соединение.

Механическая связь двух компонентов А и Б образуется тогда, когда они не способны к взаимному растворению в твердом состоянии.

При этих условиях сплав будет состоять из кристаллов А и Б (рисунок 1), выявляемых при исследовании под микроскопом полированных и протравленных в специальных травителях шлифов. В качестве примера можно привести наличие свободно выделившегося углерода (А) в сплошной матрице железа (В).

Рисунок 1 – Сплав под микроскопом

Химическое соединение образуется при взаимном растворении одного элемента в другом при высоких температурах с последующим получением твердых растворов.

Твердые растворы являются однофазными, состоящими из одного вида кристаллов, имеют одну кристаллическую решетку, в отличие от химического соединения твердый раствор существует не при определенном состоянии компонентов, а в интервале концентраций.

Элементом, оказывающим наибольшее влияние на свойства черных металлов, является углерод и в зависимости от его содержания образуется сталь или чугун. Чугуном называется сплав, содержащий более 2,14% углерода, сталью-2,14% и менее. Если в стали содержится 0,6-2,14% углерода, то ее называют высокоуглеродистой, при содержании ≤ 0,25%-низкоуглеродистой. Помимо углерода в стали в небольшом количестве содержится марганец, кремний, фосфор и сера.

Легированная сталь может содержать кроме названных и другие элементы.