§ 2. Класифікація металів

§ 2. Класифікація металів

Металами є прості речовини більшості хімічних елементів (приблизно 80 % елементів періодичної системи елементів). Найпоширенішим хімічним елементом-металом у земній корі є алюміній ( табл.1).

Вміст металів у земній корі.

Доля інших металів загалом не перевищує 2,0%.

Групи металів за використанням. Широко використовуються такі групи металів:

· чорні метали — залізо, манган, хром — є основними продуктами чорної металургії, а їх сплави використовують у всіх галузях машинобудування;

· дорогоцінні метали — золото, срібло і платина — використовують в ювелірній промисловості, електроніці, електротехніці, хімічній промисловості;

· важкі метали — мідь, цинк, олово і свинець —застосовують в машино- будуванні, електротехніці, енергетиці;

· рідкісні, важкі метали – нікель, кадмій, вольфрам, молібден, манган, кобальт, ванадій, бісмут – використовують, як тугоплавкі конструкційні матеріали, а також в сплавах з чорними металами

· легкі метали — алюміній, титан і магній — використовують як конструкційні матеріали в авіації, космічній галузі, автомобілебудуванні;

· лужні метали — калій, натрій і літій — використовують переважно у сполуках у вигляді солей та електролітів;

· лужноземельні метали — кальцій, барій і стронцій — застосовують в хімії.

У техніці найбільшого застосування набули залізо, алюміній, мідь, свинець, цинк, олово, нікель. Вони ще мають назву «технічні метали».

Сплави металів

Металевими сплавами називають речовини, які складаються не менше, як з двох компонентів і одним з них обов’язково повинен бути метал. Сплави металів відіграють велику роль, оскільки зазвичай вони мають вищі функціональні (механічні, електричні) і технологічні властивості, ніж їхні складові - чисті метали. Компонентами називають хімічні елементи або їх сполуки у складі сплаву. За кількістю компонентів сплави поділяють на подвійні, потрійні і т.д.

У техніці найчастіше застосовують сплави на основі заліза (чавун, сталь) і сплави кольорових металів на основі міді (латунь, бронза), алюмінію (силумін, дюралюміній), свинцю, цинку, олова, нікелю. Деякі сплави створюють на основі вольфраму, титану, ванадію, молібдену й інших металів.

Залежно від характеру взаємодії компонентів сплаву, вирізняють такі різновиди сплавів:

· механічна суміш компонентів — ці суміші неоднорідні, вони є найдрібнішою сумішшю кристалітів компонентів;

· необмежений твердий розчин компонентів — однорідний, може утворюватися за будь-якого співвідношення компонентів;

· обмежений твердий розчин компонентів — однорідний, зазвичай може утворюватися, якщо склад сплаву є близьким до одного з чистих компонентів або до певної хімічної сполуки компонентів;

· хімічна сполука компонентів — однорідний, може утворюватися за чітко визначеного співвідношення компонентів.

У твердих розчинах атоми розчиненої речовини заміщують атоми розчинника у кристалічній ґратці або проникають у неї; хімічні сполуки утворюють нову відмінну кристалічну ґратку. Після кристалізації сплаву утворюється або одна фаза (твердий розчин, хімічна сполука), або сплав, який містить суміш фаз. Фазою називають однорідну частину системи, відділену від інших складових (фаз) поверхнею поділу.

У суміші певного складу (евтектика) компоненти кристалізуються одночасно, причому температура кристалізації такого сплаву мінімальна. У неевтектичних сплавах двох компонентів, що не розчиняються один в одному і не утворюють хімічних сполук, відбувається розділення сплаву на дві фази, спочатку з розплаву виділяються кристали надлишкового, порівняно з евтектикою, компоненту, тоді температура розплаву знижується, а склад рідкої фази наближається до евтектики, кристалізація якої, нарешті, відбувається при сталій температурі. Таким чином утворюється двофазний сплав.

Сплави речовин, необмежено розчинних одна в одній у твердому стані (наприклад, золото—срібло), евтектики не утворюють. Хоча спочатку з розплаву виділяються кристали більш тугоплавкого елементу (золота) при повільному остиганні вони розчиняються у сріблі (відбувається дифузія), і сплав виходить однорідним. Швидким охолодженням, однак, можна добути сплав, що міститиме кристали різного складу.