История металловедения
Металловедение – это наука, которая изучает свойства и внутреннее строение металлов и сплавов в их взаимосвязи.
Все свойства металлов делятся на следующие группы:
- Механические, к которым относятся вязкость, прочность и твердость.
- Физические, к которым относятся тепловые, магнитные, объемные и электрические свойства.
- Химические, к которым относится сопротивление действию агрессивной среды.
- Технологические, к которым относятся прокаливаемость, жидкотекучесть, штампуемость и обрабатываемость режущим инструментом.
Историю развития металловедения можно разделить на три периода. Первый период продолжался до двадцатых годов двадцатого века. В данный период были заложены основы металловедения, как самостоятельной науки и созданы общие представления о металлах и сплавах. Делалось это на основе исследований их строения невооруженным глазом и при помощи специального металлографического микроскопа. Второй период продолжался до пятидесятых годов двадцатого века. На данном этапе удалось создать представление о расположении атомов в кристаллах металлов, а также процессах, которые происходят в них. Делалось это при помощи рентгеноструктурного анализа и разнообразны лабораторных исследований. Тогда выяснилось, что все свойства металлов определяются дефектами строения, а не идеальным расположением атомов в кристаллах металлов. Третий период развития металловедения продолжается с пятидесятых годов прошлого века. Этот период связан с появлением ядерного излучения и его совместного использования с электронной микроскопией и современными методами исследования, что обеспечило возможность всестороннего и глубокого изучения структуры реальных металлов. Появилась возможность изменять строение расположение атомов, тем самым создавая дефекты строения и изучения их взаимодействия, от которого во многом зависят свойства металлов. Теперь металловедение могло не только объяснять свойства и строение металлов, но и предвидеть их и изменять таком направлении, которое необходимо для эксплуатации и производства.
Современное металловедение обобщает и использует опыт промышленных и научных лабораторий на основе достижений физики и физической химии. Это способствовало созданию нескольких теорий, которые позволили разработать новые процессы, применяемые в современных машиностроении и металлургии.
Свойства металлов
Общность свойств металлов обусловлена типом связи между их атомами. Валентные электроны металла, в отличии от электронов неметаллов, плохо связаны с ядром атома. Поэтому атомы металлов легко теряют валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Свободные электроны образуют электронный газ, который беспрепятственно перемещается между ионами. Электростатическое притяжение между отрицательно заряженными электронным газом и положительно заряженными ионами является металлическим типом связи.
Ион – это частица с электрическим зарядом.
У металлической связи нет направленного характера. Электроны, которые образовали электронный газ никак не связаны с отдельными атомами - в одинаковой мере принадлежат всем атомам. Благодаря этому они могут перемещаться внутри атомам, но не нарушая межатомную связь. Особенностями металлической связи обусловлены свойства металлов. Например, хорошая электропроводность объясняется возможностью ускорения свободных электронов под действием электрического поля, а высокая теплопроводность определяется участием свободных электронов в процессе передачи тепла. Причиной способности металлов к пластической деформации связана с ненаправленным характером связи, результат приложения внешних сил - взаимное относительное смещение атомов металла, а не разрыв связей между ними. При новом расположении характер связи остается таким же, как и до итого. Металлический блеск является результатом взаимодействия электромагнитных световых волн с освободившимися электронами.
Металлические сплавы
Металлические сплавы – это сложные вещества, которые образовались в результате взаимодействия двух и более металлов или металлов с некоторыми неметаллами.
Химические элементы, которые входят в состав сплава называются компонентами. Компоненты, который количественно преобладает в сплаве - основной компонент, а те, что вводятся в его состав с целью придания необходимых свойств - легирующие. Сплавы классифицируются по следующим основаниям:
- Количеству компонентов - двойные, тройные и т. д.
- Основному компоненту - алюминиевые, титановые, медные, магниевые и т. д.
- Применению - конструкционные, жаропрочные, инструментальные, пружинные, антифрикционные, шарикоподшипниковые и т. д.
- Температуре плавления - тугоплавкие и легкоплавкие.
- Плотности - легкие и тяжелые.
- Технологии изготовления изделий и полуфабрикатов - спеченные, литейные, деформируемые, композиционные, гранулированные и т. п.
