Группа № 12 (23.01.09 Машинист локомотива)

Задание по дисциплине ОП.04 Материаловедение для дистанционного обучения
Задания выполняются в отдельной тетради, тетрадь подписывается (Ф.И., группа, предмет).
Форма оценивания темы:

Оценка «3» ставится, если сделан полный конспект

Оценка «4», «5» ставится, если сделан полный конспект и выполнено задание

Критерии оценивания конспекта:

• 
  соответствие содержания теме;
  
• 
  правильная структурированность информации;
  
• 
  наличие логической связи изложенной информации;
  
• 
  аккуратность выполнения работ.
  

Тема урока «Классификация материалов. Металлы. Свойства металлов»

1. 
   Изучите теоретический материал, напишите конспект
   
2. 
   Ответьте на контрольные вопросы
   

КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ
Материал – это объект, обладающий определенным составом, структурой и свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций.

Материалы могут иметь различное агрегатное состояние: твердое, жидкое, газообразное и в виде плазмы.

В газообразном состоянии расстояние между атома (частицами) велико, силы взаимодействия малы и атомы хаотично перемещаются в пространстве, отталкиваясь друг от друга.

В жидком металле атомы сохраняют лишь ближний порядок, т.е. в небольшом объеме упорядоченно и закономерно расположено небольшое количество атомов. Ближний порядок неустойчив: по истечении некоторого времени молекула жидкости перескакивает в новое положение равновесия, перемещаясь на расстояние, сравнимое с расстоянием между молекулами. Это перемещение молекул жидкости обуславливает ее текучесть.

В твердом состоянии физические тела характеризуются стабильностью формы

Все известные в природе материалы классифицируются по химической основе на следующие группы (рисунок 1):

• 
  металлы и металлические сплавы – черные и цветные;
  
• 
  неметаллы;
  
• 
  композиционные материалы.
  

---

Рисунок 1 – Классификация металлов периодической системы Д.И. Менделеева
Металлические материалы подразделяются на группы в соответствии с тем компонентом, который лежит в их основе. Материалы черной металлургии: сталь, чугун, ферросплавы – сплавы, в которых основной компонент железо.

Материалы цветной металлургии: алюминий, медь, титан, магний, цинк, свинец, никель, олово.

В технике принята квалификация, по которой цветные металлы делят на группы:

• 
  легкие (l, Mg);
  
• 
  тяжелые (Cu, Pb);
  
• 
  тугоплавкие (W, Mo);
  
• 
  благородные (Au, Pt);
  
• 
  рассеянные (Gd, In); кадмий, индий
  
• 
  редкоземельные (Sc, Y); скандий, иттрий
  
• 
  радиоактивные (Ra, U).
  

По происхождению неметаллические материалы подразделяются на следующие группы:

- природные (горные породы, древесина, натуральный каучук, хлопок, смолы);

- искусственные (получают из природных материалов);

- синтетические (пластмасса, лаки, клеи, герметики, искусственные алмазы и графиты, силикатные стекла)

Композиционные материалы являются составными материалами, полученных из двух и более материалов с сохранением индивидуальности каждого отдельного компонента (например, стеклопластики).

МЕТАЛЛЫ
Из всех известных в настоящее время элементов более половины являются металлами. Металлы постепенно входили в обиход человека в течение длительного периода.

В древности человеку были известны восемь металлов – медь, золото, серебро, олово, свинец, железо, ртуть и сурьма. Русский ученный М.В. Ломоносов, исследуя металлы и неметаллы в своем труде «Первые основания металлургии или рудных дел», дал металлам определение: «Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел находим только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец». Это определение Ломоносов дал в 1773 году, когда известны были только шесть металлов. К концу XVIII в. их число увеличилось до 20, а в настоящее время производится и используется около 96 металлов.

В природе одни металлы встречаются в чистом, самородном виде, другие – в виде оксидов (соединений металла с кислородом), нитридов и сульфидов, из которых состоят некоторые руды этих металлов. В чистом виде встречаются химически устойчивые элементы – золото, серебро, ртуть, медь.

Первым металлом, вошедшим в повседневный обиход человека, была медь, которая открыла эру металлургии и дала миру первый сплав бронзу. По археологическим данным первые сведения о плавках меди относятся к 6500 - 5700 г.г. до нашей эры. Она была основой материальной культуры в течение тысячелетий и медный век постепенно перешел к бронзовому веку.

---

Следующим этапом в металлургии стало применение железа (железный век) и его начало относят ко второму тысячелетию до н.э. Получение чистого железа и его сплавов стало возможным благодаря накопленному опыту по выплавке меди, бронзы, золота и других легкоплавких металлов и сплавов.

Освоение производства железа послужила мощным толчком к развитию производственных сил и технического прогресса.

Металлы простые химические элементы (французский естествоиспытатель, основатель современной химии Антуан Лоран Лавуазье выяснял роль воздуха при горении и показал, что увеличение массы металлов при обжигании происходит от присоединения к металлам кислорода из воздуха, и таким образом установил, что акт горения металлов есть не распадение на элементы, а, напротив, акт соединения, вопрос о сложности металлов был решен отрицательно) Определил состав воды, объяснил сущность горения и окисления.

Итак, металлы - непрозрачные вещества, обладающие специфическим металлическим блеском, пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью. По последнему свойству металлы легко отличить от других веществ (дерево, стекло и т.д.).

Самый распространенный металл в природе - алюминий.

Все металлы подразделяются на две большие группы: черные металлы и цветные металлы. К черным металлам (по общепринятой классификации) относят железо и сплавы на его основе (на их долю приходится около 95 % производимой в мире метало продукции)

Характерными признаками черных металлов являются темно-серый цвет, блеск, высокие плотность и температура плавления, твердость, прочность, вязкость. По физико-химическим свойствам черные металлы подразделяют на пять групп:

• 
  железистые (железо, кобальт, никель, марганец);
  
• 
  тугоплавкие (вольфрам, рений, тантал, молибден, ниобий, ванадий, хром, титан и др.);
  
• 
  урановые – актиниды (уран, торий, плутоний и др.);
  
• 
  редкоземельные – лантаниды (лантан, церий, иттрий, скандий и др.);
  
• 
  щелочно-земельные (литий, калий, натрий, кальций и др.)
  

Из этих пяти групп черных металлов особенно широкое применение в промышленном производстве находят железистые и тугоплавкие металлы.

Железистые металлы, кроме марганца, называют еще ферромагнетиками. Ферромагнетики способны намагничиваться и притягивать металлы своей группы.

К тугоплавким относятся металлы, которые имеют температуру плавления выше температуры плавления железа (1539 С): титан – 1667, ванадий – 1902, хром – 1903, молибден – 2615, ниобий – 2460, тантал – 2980, вольфрам – 3410. Тугоплавкие металлы в основном применяются как легирующие элементы в производстве жаропрочных, жаростойких, теплостойких и специальных сплавов. Своеобразно ведут себя сплавы. Так, чистое железо плавится при температуре 1539 °С, а углерод – выше 2500 °С. При сплавлении железа с углеродом (более 2 %) образуется чугун, температура плавления которого примерно 1130 °С, что значительно ниже температуры плавления входящих в него компонентов. Один из очень легкоплавких сплавов (67 °С) имеет состав: 4 части висмута (температура плавления 217 °С), 2 части свинца (327 °С), 1 часть кадмия (321 °С) и 1 часть олова (232 °С). Известны сплавы, температура плавления которых получается выше температуры плавления входящих в него компонентов. Так сплав, состоящий из 68,5 % никеля (1455 °С) и 31,5 % алюминия (660 °С), плавится при температуре 1620 °С.

---

Свойства металлов разнообразны. Ртуть замерзает при температуре 38,83 °С, вольфрам выдерживает рабочую температуру до 2000 °С, литий, натрий, калий легче воды, а иридий и осмий в 42 раза тяжелея лития. Электропроводность серебра в 130 раз выше, чем у марганца. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства:

• 
  металлический блеск;
  
• 
  хорошая электропроводность;
  
• 
  легкая механическая обработка (пластичность, ковкость);
  
• 
  высокая плотность;
  
• 
  высокая температура плавления;
  
• 
  большая теплопроводность.
  

Все металлы (кроме ртути) тверды при нормальных условиях. Температура плавления от 38,83С (ртуть) до 3410С (вольфрам). В зависимости от их плотности, металлы делят условно на легкие  0,5 г/м³ (самый легкий литий) самый тяжелый осмий  = 22,6 г/м³.

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ (МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ)
Чтобы судить о том, будет ли данный металл или сплав пригоден для изготовления инструмента или детали, нужно знать, какими свойствами он обладает.

Свойства металлов и сплавов могут быть подразделены на следующие четыре группы:

• 
  Физические;
  
• 
  Химические;
  
• 
  Механические;
  
• 
  Технологические;
  
• 
  Эксплуатационные.
  

Физические свойства

Физические свойства обнаруживаются в явлениях, которые не сопровождаются изменением вещества. Например, при нагревании металлов, прохождении через них электрического тока и тепла их свойства остаются неизменными.

К физическим свойствам относятся:

• 
  цвет металла. Каждый металл имеет свой цвет. Резко отличаются от других металлов розовато-красная медь и желтое золото. Другие металлы отличить один от другого можно только обладая определенными навыками. Например, бронза и бериллиевая бронза по цвету очень похожи на золото, но с некоторым красноватым оттенком. Латунь можно принять за золото. Серебро белого цвета, платина, кадмий, ртуть – синевато-белого, висмут – розово-белый, сурьма – синевато-белая, а цвет свинца и мышьяка сероватый;на воздухе многие металлы окисляются и темнеют. Такие металлы, как золото, платина. Серебро не окисляются на воздухе. Серебро темнеет в присутствии серы. Алюминий и его сплавы на воздухе покрываются тонкой оксидной пленкой и не теряют своего цвета длительное время;
  
• 
  плотность – отношение массы вещества к его объему;
  
• 
  теплопроводность (теплообмен) – способность материала переносить тепловую энергию при неравномерном нагревании, измеряется Вт / (мК); среди металлов наивысшим коэффициентом теплопроводности обладает серебро, на втором месте – медь. Из неметаллов уникальные коэффициенты теплопроводности имеют бромеллитовая керамика и природные алмазы. Обратное явление – теплоизоляционность. Как правило, это строительные материалы (древесно-волокнистые плиты, пеностекло, минеральная вата, плиты на основе асбеста) с пористостью более 60 %. Так, кирпич как теплоизолятор значительно лучше бетона, а дерево в 2 – 3 раза лучше кирпича.
  
• 
  температура плавления – температура, при которой материал переходит из твердого состояния в жидкое. Чистые металлы имеют постоянную температуру плавления; для кристаллических веществ, к которым относятся металлы, температура плавления и температура затвердевания постоянны и совпадают; Для аморфных веществ (смолы, стекло) постоянной точки плавления нет. В таких случаях отмечают температуру размягчения.
  
• 
  электропроводность – способность вещества проводить постоянный электрический ток;
  
• 
  магнетизм;
  
• 
  расширение при нагревании;
  
• 
  усадка – уменьшение объема расплавленного металла при его охлаждении.
  

---

Химические свойства

Химические свойства металлов характеризуют их способность вступать в соединения с различными веществами и в первую очередь с кислородом. Чем легче металл вступает в соединения с различными химическим элементами, тем легче он разрушается.

• 
  окисляемость;
  
• 
  растворяемость;
  
• 
  коррозийная стойкость.
  

Механические свойства

Механические свойства материалов, как правило, являются основными показателями. Которые определяют его пригодность в различных условиях эксплуатации. Главными механическими свойствами являются твердость, упругость, прочность, ударная вязкость.

• 
  прочность – способность материала противостоять деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок (растягивающих, сжимающих, изгибающих, срезающих, неравномерное нагревание, магнитные и электрические поля);
  
• 
  твердость – способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела;
  
• 
  упругость – способность материала восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней силы. Большой упругостью должны обладать рессоры и пружины, поэтому они выполняются из специальных сплавов;
  
• 
  пластичность – способность металла не разрушаться, изменять форму под действием нагрузки и сохранять эту форму после ее снятия. Пластичность свойство обратное упругости. Чем больше пластичность металла, тем он легче куется, штампуется, прокатывается;
  
• 
  вязкость – способность металла оказывать сопротивление ударным нагрузкам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости;
  
• 
  ползучесть – способность металла непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки, особенно при повышенных температурах;
  
• 
  усталость – постепенное разрушение металла; свойство выдерживать эти нагрузки – выносливость.
  

Технологические свойства

Технологические свойства определяют пригодность материала к обработке тем или иным способом

• 
  свариваемость – способность металлов образовывать прочные соединения при сварке. Хорошей свариваемостью обладают стали с низким содержанием углерода. Плохо свариваются чугун, медные и алюминиевые сплавы;
  
• 
  жидкотекучесть – способность расплавленных металлов и сплавов заполнять литейную форму;
  
• 
  ковкость – способность металла принимать определенную форму при обработке давлением;
  
• 
  обрабатываемость резанием – способность метала изменять свою форму под действием режущего инструмента (резец, фреза, ножовка и т.д.), т.е. при различных операциях механической обработки (обтачивание, фрезерование, сверление).
  

---

Смотрите также файлы

• 1. Microsoft Project Web Access .docx

• Определить.docx

• 1. Значительная часть студентов воспринимает учебнотренировочные занятия как.docx

• Меренкова Неля Андреевна Место работы мбоу Лицей 9 общая информация по уроку класс укажите класс, к которому относится урок.docx

• Тесты по мдк 01. 02. Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта. Вариант 1 1 Система технического обслуживания ремонта автомобилей применяются в нашей стране Плановораспределительная.docx