Федеральне агентство з освіти рф

Матеріалознавство - наука, що вивчає будову і властивості матеріалів і встановлює зв'язок між їх складом, будовою і властивостями. Під матеріалами потрібно розуміти як метали, так і неметалеві сполуки.

Наука «металознавство» - як частина матеріалознавства виникла в середині XIX в. Вперше зв'язок між будовою і властивостями металів встановив П.П.Аносов (1799-1855 рр.), Що застосував для вивчення стали мікроскоп. Пізніше (1863 р) мікроскоп для дослідження будови металів використовував Сорби (Англія). Однак основи наукового металознавства були закладені видатним українським металургом Д.К.Черновим (1839-1921гг.), Який за свої роботи був названий в літературі батьком металографії.

Продовженням робіт Чернова Д.К. з'явилися дослідження Н.В.Гутовского, Н.П.Чіжевского, Р.Аустена, а пізніше А.М.Бочвара. Г.В.Курдюмова. Н.С.Курнакова і ін.

Досягнення в галузі фізики міцності і пластичності за останні роки дозволили перевести фізичне металознавство на якісно новий рівень і забезпечили небувалий прогрес в розробці конструкційних і інструментальних матеріалів в різних областях техніки.

1.Атомно-кристалічна структура металів

1.1. Класифікація металів

Під металами розуміють певну групу елементів, розташовану в лівій частині Періодичної таблиці Д. І. Менделєєва. У техніці під металом розуміють речовини, що володіють "металевим блиском", в тій чи іншій мірі властивим будь-який метал, і пластичністю. За цією ознакою метали можна легко відрізнити від неметалів, наприклад дерева, каменю, скла або фарфору.

Особливість будови металевих речовин полягає в тому, що вони все побудовані в основному з таких атомів, які мають зовнішні електрони слабо пов'язані з ядром. Це обумовлює і особливий характер хімічної взаємодії атомів металу, і металеві властивості. Електрони мають негативний заряд, і досить створити незначну різницю потенціалів, щоб почалося переміщення електронів у напрямку до позитивно зарядженого полюса, що створюють електричний струм. Ось чому метали є хорошими провідниками електричного струму, а неметали або не є. Слабкий зв'язок зовнішніх електронів з ядром обумовлює хімічні і фізичні властивості металів.

В силу зазначених вище особливостей метали і їх сплави мають таке атомно-кристалічну будову. У певних місцях кристалічної решітки розташовуються позитивно заряджені іони, а зовнішні вільні електрони створюють всередині металу, як би легкотекучая рідина, або електронний газ, який безладно рухається у всіх напрямках. При певних умовах, наприклад при створенні різниці потенціалів, рух електронів отримує певний напрям і виникає електричний струм.

Теорія металевого стану розглядає метал як речовина, що складається з позитивно заряджених іонів, оточених негативно зарядженими частинками - електронами, слабо пов'язаними з ядром. Ці електрони безперервно переміщаються всередині металу і належать не одному якомусь атому, а всієї сукупності атомів.

Таким чином, характерною особливістю атомно-кристалічної будови металів є наявність електронного газу всередині металу, слабо пов'язаного з позитивно зарядженими іонами. Легке переміщення цих електронів усередині металу і мала їх зв'язок з атомами обумовлюють наявність у металів певних металевих властивостей (висока електро- і теплопровідність, металевий блиск, пластичність та ін.)

Всі метали можна розділити на дві великі групи - чорні і кольорові метали.

Чорні метали темно-сірого кольору, з великою щільністю (крім лужноземельних), високою температурою плавлення, і в багатьох випадках мають поліморфізмом. Найбільш типовим металом цієї групи є залізо.

Кольорові метали найчастіше мають характерну забарвлення: червону, жовту, білу. Мають великий пластичністю, малою твердістю, відносно низькою температурою плавлення, для них характерна відсутність поліморфізму. Найбільш типовим металом цієї групи є мідь.

Всі метали - можна поділити наступним чином:

1. Залізні метали - залізо, кобальт, нікель і близький до них за своїми властивостями марганець. Кобальт, нікель і марганець часто застосовують як добавки до сплавів заліза, а також в якості основи для відповідних сплавів, схожих за своїми властивостями на високолеговані стали.

2. Тугоплавкі метали (вольфрам), температура плавлення яких вище, ніж заліза (тобто 1 539 о С), застосовують як добавки до легованих сталей, а також в якості основи для відповідних сплавів.

3. Рідкоземельні метали (РМЗ) - лантан, церій, неодим, празеодим і ін. Об'єднуються під назвою лантаноїдів, і подібні з ними по властивостях ітрій і скандій.

4. Лужноземельні метали (літій, калій, натрій і ін.) У вільному металевому стані не застосовуються, за винятком спеціальних випадків.

Кольорові метали поділяються:

1. Легкі метали - берилій, магній, алюміній, що володіють малою щільністю.

2. Благородні метали - срібло, золото, метали платинової групи.

3. Легкоплавкие метали - цинк, кадмій, ртуть, олово, свинець, вісмут, талій, сурма і елементи з ослабленими металевими властивостями - галій, германій.