UA-75651220-1

Метали, їх класифікація

Внутрішня будова металів. Матеріали, з яких виготовляють деталі, конструкції машин і механізмів, називають конструкційними. Конструкційні матеріали за походженням поділяють на металеві, неметалеві, композиційні (рис. 1.1.27).
Рис. 1.1.27. Класифікація конструкційних матеріалів за походженням
Метал як хімічний елемент може бути компонентом або речовиною, що утворює систему і входить до складу сплавів з двох або кількох елементів.

У техніці поняття «метал» означає речовину, яка має характерні властивості й металевий блиск, пластичність, високу тепло- й електропровідність. Терміном «метал» користуються також у визначенні металевих сплавів.

Залежно від будови і властивостей метали об’єднуються в різні групи. Найбільш загальна і поширена класифікація поділяє метали на дві групи - чорні і кольорові. За такою класифікацією до чорних металів відносять залізо і його сплави, а до кольорових - усі інші.

За класифікацією А. П. Гуляєва, метали також поділяються на чорні та кольорові. Чорні метали мають темно-сірий колір, високу температуру плавлення, досить високу твердість і щільність, характеризуються поліморфізмом (окрім Ni), тобто мають різну будову кристалічної ґратки за різних температур.

Серед чорних металів розрізняють залізні - Fе, Со, Nі, Мn; тугоплавкі - з температурою плавлення вищою від температури плавлення заліза (понад 1539 °С) - W, Мо, Rе, Nb, Ті, V, Сr; уранові - актиніди, рідкісноземельні (РЗМ) - Lа, Се, Nd, Рr та інші. Типовими серед чорних металів є залізо й різні сплави на його основі (сталь, чавун). Частка використання чорних металів у техніці перевищує 90 %.

Решта металів - кольорові. Для кольорових металів характерними є забарвлення, пластичність, низькі температури плавлення, низька твердість, відсутність поліморфних перетворень. Найтиповішим представником групи кольорових металів є мідь. Серед кольорових металів розрізняють легкі метали - Ве, Мg, Аl; благородні - Аg, Аu, Рt та метали платинової групи (Рd, Ir, ОS, Ru, Rh); «напівблагородна» мідь; легкоплавкі - Zn, Сd, Нg, Sn, Рb, Ві, ТI, Sb, а також елементи з послабленими металевими властивостями - галій, германій. З кольорових металів виготовляють найрізноманітніші вироби. Кольорові метали додають також до легованих сталей і сплавів для поліпшення їхньої структури та властивостей.

Залежно від будови (розташування атомів) тверді тіла поділяють на кристалічні й аморфні. За звичайних умов метали у твердому стані мають кристалічну будову. Кристалічні тіла характеризує чітко визначений (регулярний) порядок розташування атомів (точніше іонів) у просторі, який зумовлює утворення певного типу кристалічної ґратки, де сили взаємного тяжіння і відштовхування атомів урівноважені. Регулярність розташування атомів у кристалічному тілі зумовлює під час кристалізації утворення кристалів певної форми - симетричних, геометрично правильних багатогранників (поліедрів). Просторове розташування атомів у кристалічному тілі залежить від природи металу, характеру міжатомних зв’язків, температури та тиску. Крім упорядкованого розташування атомів (кристалічна ґратка), кристалічні тіла мають певну фіксовану температуру плавлення і кристалізації.

Кристалічну будову металів характеризує строго визначений порядок і періодичність розташування атомів у просторі та відносно один одного, які утворюють залежно від цього певну кристалічну систему (просторову кристалічну ґратку). Особливості розташування атомів у кристалах визначають сукупність і відмінності властивостей металів.

Найпоширенішим серед промислових металів є утворення трьох основних типів кристалічних ґраток: кубічної об’ємоцентричної (ОЦК), кубічної гранецентричної (ГЦК) і гексагональної щільного пакування (ГЩП) кристалічної ґратки (рис. 1.1.28).
Рис. 1.1.28. Просторові кристалічні гратки:
а - об’ємоцентрична кубічна (ОЦК); б - гранецентрична кубічна (ГЦК); в - гексагональна щільного пакування (ГЩП)
У виробництві сільськогосподарської техніки використовують багато конструкційних матеріалів. Це сталі різних марок, чавуни, мідь і алюміній та їх сплави, сплави на основі титану, вольфраму, антифрикційні сплави, корозієстійкі матеріали, матеріали з особливими пружними властивостями, пластмаси, скло, гума.
Метали - найпоширеніші у природі елементи. Нараховують їх близько 80. Розрізняють поняття металу як хімічного елемента періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва і як технічної речовини. З позиції хімії метали - це елементи, атоми яких складаються з позитивно зарядженого ядра, навколо якого на різній відстані обертаються негативно заряджені електрони, утворюючи певні електронні оболонки. Зовнішня електронна оболонка металів містить невелику кількість електронів (1-2) на відміну від неметалів (5-8). Атоми металів досить легко втрачають зовнішні електрони, перетворюються на позитивно заряджені іони. Вільні електрони легко переміщуються між утвореними позитивно зарядженими іонами, нагадуючи рух частинок газу («електронний газ»). Наявність такого електронного газу зумовлює особливий тип міжатомного зв’язку - металевий, притаманний тільки металам. У разі створення в металі різниці потенціалів рух електронів набуває певного напряму - виникає електричний струм. Наявністю і різною кількістю вільних (колективізованих) електронів пояснюють різний ступінь «металевості» окремих металів, а також їхньої електропровідності.