О свойствах металлов

О свойствах металлов

Русский учёный М. В. Ломоносов дал следующее определение металлу, в аспекте его свойств: «светлое тело, кое ковать можно». В настоящий момент более типичными, характерными и интересными свойствами металлов считаются такие факторы, как тепло- и электропроводимость (а также понижение и повышение последней, вместе с нагреванием и остыванием металла). Данные свойства обусловлены, в первую очередь, электронным строением, которое имеет тот или иной металл.
Сплавы металлов получают путём, сплавления нескольких металлов, а, как правило, ещё и некоторых неметаллических примесей.
Несмотря на то, что каждый металл имеет свои уникальные признаки, все металлы принято объединять в группы, по тем или иным общим свойствам. И две главных и основных группы – это чёрные и цветные металлы.
Чёрные металлы характерны своим тёмно-серым цветом, высокой плотностью и температурой плавления, относительно высокой твёрдостью и, как правило, полиморфизмом. Наиболее типичный металл данной группы – железо.
Для цветных металлов характерны белый, жёлтый и красный цвета, но могут быть и другие. Металлам данной группы свойственны высокая пластичность, относительно низкая температура плавления, малая твёрдость и, в большинстве случаев, отсутствие полиморфизма. Наиболее типичный представитель группы цветных металлов – медь.
Чёрные металлы, в свою очередь, подразделяются на 5 подгрупп:
ферромагнетики (железо, никель, кобальт, а также марганец);
тугоплавкие (температура их плавления выше, чем у железа);
урановые или актиниды (применяются в атомной энергетике);
редкоземельные (лантан, неодим, церий и пр.);
щелочноземельные (для особых технологий).
Цветные металлы также делятся на 3 подгруппы:
лёгкие;
легкоплавкие;
благородные.
Области применения того или иного металла определяются его природными запасами и степенью сложности промышленной разработки, а также (в историческом ракурсе) техническим прогрессом. Большая часть металлов была открыта в XIXв., хотя промышленного применения многие из них тогда ещё не находили. Сегодня сфера применения различных металлов значительно расширилась.
Благодаря своей структуре, многие металлы способны не просто к пластическим деформациям, но к самоупрочнению в результате таких деформаций. Благодаря этому уникальному свойству, металлы стали незаменимыми по своей надёжности конструкционными материалами. Но в других сферах человеческой деятельности металлы сегодня применяются не менее широко.

Защита металлов: некоторые особенности

К достоинствам металлов относят их прочность, долговечность и физическую устойчивость к достаточно высоким температурам. Однако имеется и общий для многих металлов недостаток: склонность к коррозии и разрушению в результате воздействия кислорода. Поэтому, во многих случаях, применение металлов, в особенности чёрных, требует их надёжной изоляции от окружающей среды.
Наиболее распространённый и эффективный на сегодняшний день способ защиты конструкций из металла от коррозионного воздействия атмосферных факторов – нанесение на их поверхность лакокрасочных материалов для её защиты. На сегодняшний день выделилось 3 группы средств, широко применяемых, когда необходимо защитить металл от агрессивных воздействий окружающей среды:
грунтовки;
краски;
универсальные средства (типа «три в одном»).
Качественная грунтовка надёжно защитит металлическую поверхность от окисления. Но следует помнить, что для различных металлов могут требоваться различные грунтовки. В качестве примера можно привести алюминий, для обработки которого требуется грунтовка на цинковой основе или уретановая краска.
Краски обычно наносятся поверх слоя грунтовки, составляя ещё один защитный слой для металлической поверхности. Но, подобно грунтовкам, для разных металлов могут требоваться разные краски.
Универсальные средства хороши во многих случаях, но, опять-таки, не во всех. Общая рекомендация, которую можно дать: внимательно ознакомьтесь с рекомендациями производителя, которые в обязательном порядке прилагаются ко всем лакокрасочным средствам.
Вообще, цветной металл редко когда нуждается в лакокрасочном покрытии. Медь, латунь и бронзу красить и вовсе не принято. Их поверхность характерна приятными для глаза цветом и фактурой, и нередко время делает изделия из этих металлов ещё более привлекательными. Единственное лакокрасочное покрытие, которое изредка применяют для изделий из бронзы, латуни и меди, это прозрачные полиуретановые или эпоксидные лаки. Перед нанесением последних, металлическую поверхность необходимо тщательно отполировать, а затем обезжирить.
Становится понятно, что не взирая на многие полезные свойства, металл нуждается в дополнительной защите. Но если всё сделать должным образом, металлические конструкции будут служить много лет, стойко противостоя любым воздействиям: механическим, химическим, температурным и т.д.

Кое-что о цветных металлах

На сегодняшний день аналитиками рынка металлов отмечается стабильное возрастание спроса на цветной металл и сплавы из него. И это неудивительно – самые разные цветные металлы сегодня широко востребованы в различных видах современной техники и технологий. Без цветных металлов просто немыслимы ракетная техника и атомная энергетика, химическая промышленность и авиастроение, медицина и IT-технологии. Можно очень долго перечислять отрасли, которым необходимы цветные металлы.
В последнее время отмечается всё более частое применение таких металлов, как титан, цирконий, молибден и т.п., в качестве конструкционных материалов.
В химической промышленности традиционно широко применяется медь и сплавы на её основе. Данный цветной металл используется в изготовлении трубопроводов самого разного предназначения, сосудов различной емкости для криогенных технологий и пр.
Не теряет популярности и алюминий, а также различные его сплавы. Алюминиевые сплавы широко применяет та же химическая, а также пищевая промышленность. Алюминиевые листы активно применяются в судо-, авиа- и ракетостроении, а также в некоторых видах строительства. Популярность алюминия обусловливается тем, что данный цветной металл характерен такими свойствами, как малая плотность, сочетающаяся с высокой прочностью, устойчивость к коррозионным воздействиям и большинству агрессивных сред. Кроме того, алюминий в полной мере сохраняет свои механические свойства в условиях очень низких температур.
Многие цветные металлы характерны своими уникальными особенностями, свойственными только им. Например, медь, алюминий, магний характеризуются высокой теплопроводностью. Кроме того, при нагреве резко снижаются их механические свойства, то есть, их легко разрушить, предварительно нагрев до соответствующей температуры. К тому же, многие цветные металлы и сплавы имеют свойство растворять в результате нагрева газы окружающей среды, и взаимодействуют со всеми газами, за исключением инертных. Чёрным металлам данное свойство практически не характерно. Следует помнить, что тугоплавкие цветные металлы, характерные высокой химической активностью (титан, ниобий, молибден, цирконий и т.п.) склонны наиболее активно взаимодействовать с атмосферными газами. Это обстоятельство необходимо учитывать, выбирая цветной металл для тех или иных целей.

Что такое сталь

Как многие, наверное, помнят из школьных уроков химии, сталью называется сплав железа с углеродом. Помимо этих двух компонентов, в состав стали входит ещё множество различных веществ (как металлов, так и иных элементов). Конкретный химический состав определяется той маркой стали, которую желают получить в результате. Но без углерода любая сталь попросту немыслима, несмотря на то, что его в сплаве всего 2%.
Твёрдость и прочность стали определяется её химическим составом. Прочный металл используется в строительстве мостов, морских и океанских судов и многих других областях строительства и машиностроения. Твёрдые стали широко применяются для изготовления разнообразных режущих инструментов, включая камне- и металлорежущие.
Существуют различные марки нержавеющей стали, представляющей собой прочный антикоррозионный металл. Главными составляющими в данном случае являются никель и хром.
В целом, сталь является металлическим сплавом, которому можно придать любые формы, применяя те или иные способы обработки. Литьё, прокатка, прессование, ковка – вот лишь некоторые технологические процессы обработки стали. Специальная термообработка способна придать стали различные химические и физические свойства. Например, сделать металл мягким, для его дальнейшей обработки ручным металлорежущим инструментом. Или же, наоборот, придать стали твёрдость алмаза, так, что инструменты из неё будут легко резать другие металлы. Особо твёрдые марки стали способны резать даже стекло. Стальные поверхности хорошо поддаются полировке и способны долгое время сохранять её.
Самым древним из ныне известных способов получения стали считается так называемый сыродутный процесс. Его применение предполагает выплавку из руды железа в горне. В качестве топлива применялся древесный уголь. Полученное в результате железо низкого качества подвергалось дальнейшей обработке. Чуть позднее на смену горну пришла шахтная печь.
На сегодняшний день существует три главных способа получения стали: мартеновский процесс, электросталеплавильная технология и кислородно-конвертерный процесс. Каждая технология подробно описана в литературе по металловедению.
Однако технологии не стоят на месте, и за последние десятилетия развились технологии, хотя и более затратные, но дающие в результате сталь особой чистоты и высочайшего качества, недостижимого при использовании трёх вышеперечисленных технологий. Поэтому, такие способы, как вакуумная дуговая и индукционная плавка, плазменная и электроннолучевая плавка, электрошлаковый переплав, рано или поздно вытеснят из промышленного производства традиционные технологии.