Тест. Задание по материаловедению 17. Группа 12 (23. 01. 09 Машинист локомотива) Задание по дисциплине оп. 04 Материаловедение для дистанционного обучения Задания выполняются в отдельной тетради, тетрадь подписывается (Ф. И., группа, предмет). Форма оценивания темы
 Скачать 0.54 Mb.
|
|
Группа № 12 (23.01.09 Машинист локомотива) Задание по дисциплине ОП.04 Материаловедение для дистанционного обучения Задания выполняются в отдельной тетради, тетрадь подписывается (Ф.И., группа, предмет). Форма оценивания темы: Оценка «3» ставится, если сделан полный конспект Оценка «4», «5» ставится, если сделан полный конспект и выполнено задание Критерии оценивания конспекта: соответствие содержания теме; правильная структурированность информации; наличие логической связи изложенной информации; аккуратность выполнения работ. Тема урока «Классификация материалов. Металлы. Свойства металлов» Изучите теоретический материал, напишите конспект Ответьте на контрольные вопросы КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ Материал – это объект, обладающий определенным составом, структурой и свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций. Материалы могут иметь различное агрегатное состояние: твердое, жидкое, газообразное и в виде плазмы. В газообразном состоянии расстояние между атома (частицами) велико, силы взаимодействия малы и атомы хаотично перемещаются в пространстве, отталкиваясь друг от друга. В жидком металле атомы сохраняют лишь ближний порядок, т.е. в небольшом объеме упорядоченно и закономерно расположено небольшое количество атомов. Ближний порядок неустойчив: по истечении некоторого времени молекула жидкости перескакивает в новое положение равновесия, перемещаясь на расстояние, сравнимое с расстоянием между молекулами. Это перемещение молекул жидкости обуславливает ее текучесть. В твердом состоянии физические тела характеризуются стабильностью формы Все известные в природе материалы классифицируются по химической основе на следующие группы (рисунок 1): металлы и металлические сплавы – черные и цветные; неметаллы; композиционные материалы.  Рисунок 1 – Классификация металлов периодической системы Д.И. Менделеева Металлические материалы подразделяются на группы в соответствии с тем компонентом, который лежит в их основе. Материалы черной металлургии: сталь, чугун, ферросплавы – сплавы, в которых основной компонент железо. Материалы цветной металлургии: алюминий, медь, титан, магний, цинк, свинец, никель, олово. В технике принята квалификация, по которой цветные металлы делят на группы: легкие (l, Mg); тяжелые (Cu, Pb); тугоплавкие (W, Mo); благородные (Au, Pt); рассеянные (Gd, In); кадмий, индий редкоземельные (Sc, Y); скандий, иттрий радиоактивные (Ra, U). По происхождению неметаллические материалы подразделяются на следующие группы: - природные (горные породы, древесина, натуральный каучук, хлопок, смолы); - искусственные (получают из природных материалов); - синтетические (пластмасса, лаки, клеи, герметики, искусственные алмазы и графиты, силикатные стекла) Композиционные материалы являются составными материалами, полученных из двух и более материалов с сохранением индивидуальности каждого отдельного компонента (например, стеклопластики). МЕТАЛЛЫ Из всех известных в настоящее время элементов более половины являются металлами. Металлы постепенно входили в обиход человека в течение длительного периода. В древности человеку были известны восемь металлов – медь, золото, серебро, олово, свинец, железо, ртуть и сурьма. Русский ученный М.В. Ломоносов, исследуя металлы и неметаллы в своем труде «Первые основания металлургии или рудных дел», дал металлам определение: «Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел находим только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец». Это определение Ломоносов дал в 1773 году, когда известны были только шесть металлов. К концу XVIII в. их число увеличилось до 20, а в настоящее время производится и используется около 96 металлов. В природе одни металлы встречаются в чистом, самородном виде, другие – в виде оксидов (соединений металла с кислородом), нитридов и сульфидов, из которых состоят некоторые руды этих металлов. В чистом виде встречаются химически устойчивые элементы – золото, серебро, ртуть, медь. Первым металлом, вошедшим в повседневный обиход человека, была медь, которая открыла эру металлургии и дала миру первый сплав бронзу. По археологическим данным первые сведения о плавках меди относятся к 6500 - 5700 г.г. до нашей эры. Она была основой материальной культуры в течение тысячелетий и медный век постепенно перешел к бронзовому веку. Следующим этапом в металлургии стало применение железа (железный век) и его начало относят ко второму тысячелетию до н.э. Получение чистого железа и его сплавов стало возможным благодаря накопленному опыту по выплавке меди, бронзы, золота и других легкоплавких металлов и сплавов. Освоение производства железа послужила мощным толчком к развитию производственных сил и технического прогресса. Металлы простые химические элементы (французский естествоиспытатель, основатель современной химии Антуан Лоран Лавуазье выяснял роль воздуха при горении и показал, что увеличение массы металлов при обжигании происходит от присоединения к металлам кислорода из воздуха, и таким образом установил, что акт горения металлов есть не распадение на элементы, а, напротив, акт соединения, вопрос о сложности металлов был решен отрицательно) Определил состав воды, объяснил сущность горения и окисления. Итак, металлы - непрозрачные вещества, обладающие специфическим металлическим блеском, пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью. По последнему свойству металлы легко отличить от других веществ (дерево, стекло и т.д.). Самый распространенный металл в природе - алюминий. Все металлы подразделяются на две большие группы: черные металлы и цветные металлы. К черным металлам (по общепринятой классификации) относят железо и сплавы на его основе (на их долю приходится около 95 % производимой в мире метало продукции) Характерными признаками черных металлов являются темно-серый цвет, блеск, высокие плотность и температура плавления, твердость, прочность, вязкость. По физико-химическим свойствам черные металлы подразделяют на пять групп: железистые (железо, кобальт, никель, марганец); тугоплавкие (вольфрам, рений, тантал, молибден, ниобий, ванадий, хром, титан и др.); урановые – актиниды (уран, торий, плутоний и др.); редкоземельные – лантаниды (лантан, церий, иттрий, скандий и др.); щелочно-земельные (литий, калий, натрий, кальций и др.) Из этих пяти групп черных металлов особенно широкое применение в промышленном производстве находят железистые и тугоплавкие металлы. Железистые металлы, кроме марганца, называют еще ферромагнетиками. Ферромагнетики способны намагничиваться и притягивать металлы своей группы. К тугоплавким относятся металлы, которые имеют температуру плавления выше температуры плавления железа (1539 С): титан – 1667, ванадий – 1902, хром – 1903, молибден – 2615, ниобий – 2460, тантал – 2980, вольфрам – 3410. Тугоплавкие металлы в основном применяются как легирующие элементы в производстве жаропрочных, жаростойких, теплостойких и специальных сплавов. Своеобразно ведут себя сплавы. Так, чистое железо плавится при температуре 1539 °С, а углерод – выше 2500 °С. При сплавлении железа с углеродом (более 2 %) образуется чугун, температура плавления которого примерно 1130 °С, что значительно ниже температуры плавления входящих в него компонентов. Один из очень легкоплавких сплавов (67 °С) имеет состав: 4 части висмута (температура плавления 217 °С), 2 части свинца (327 °С), 1 часть кадмия (321 °С) и 1 часть олова (232 °С). Известны сплавы, температура плавления которых получается выше температуры плавления входящих в него компонентов. Так сплав, состоящий из 68,5 % никеля (1455 °С) и 31,5 % алюминия (660 °С), плавится при температуре 1620 °С. Свойства металлов разнообразны. Ртуть замерзает при температуре 38,83 °С, вольфрам выдерживает рабочую температуру до 2000 °С, литий, натрий, калий легче воды, а иридий и осмий в 42 раза тяжелея лития. Электропроводность серебра в 130 раз выше, чем у марганца. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства: металлический блеск; хорошая электропроводность; легкая механическая обработка (пластичность, ковкость); высокая плотность; высокая температура плавления; большая теплопроводность. Все металлы (кроме ртути) тверды при нормальных условиях. Температура плавления от 38,83С (ртуть) до 3410С (вольфрам). В зависимости от их плотности, металлы делят условно на легкие 0,5 г/м3 (самый легкий литий) самый тяжелый осмий = 22,6 г/м3. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ (МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ) Чтобы судить о том, будет ли данный металл или сплав пригоден для изготовления инструмента или детали, нужно знать, какими свойствами он обладает. Свойства металлов и сплавов могут быть подразделены на следующие четыре группы: Физические; Химические; Механические; Технологические; Эксплуатационные. Физические свойства Физические свойства обнаруживаются в явлениях, которые не сопровождаются изменением вещества. Например, при нагревании металлов, прохождении через них электрического тока и тепла их свойства остаются неизменными. К физическим свойствам относятся: цвет металла. Каждый металл имеет свой цвет. Резко отличаются от других металлов розовато-красная медь и желтое золото. Другие металлы отличить один от другого можно только обладая определенными навыками. Например, бронза и бериллиевая бронза по цвету очень похожи на золото, но с некоторым красноватым оттенком. Латунь можно принять за золото. Серебро белого цвета, платина, кадмий, ртуть – синевато-белого, висмут – розово-белый, сурьма – синевато-белая, а цвет свинца и мышьяка сероватый;на воздухе многие металлы окисляются и темнеют. Такие металлы, как золото, платина. Серебро не окисляются на воздухе. Серебро темнеет в присутствии серы. Алюминий и его сплавы на воздухе покрываются тонкой оксидной пленкой и не теряют своего цвета длительное время; плотность – отношение массы вещества к его объему; теплопроводность (теплообмен) – способность материала переносить тепловую энергию при неравномерном нагревании, измеряется Вт / (мК); среди металлов наивысшим коэффициентом теплопроводности обладает серебро, на втором месте – медь. Из неметаллов уникальные коэффициенты теплопроводности имеют бромеллитовая керамика и природные алмазы. Обратное явление – теплоизоляционность. Как правило, это строительные материалы (древесно-волокнистые плиты, пеностекло, минеральная вата, плиты на основе асбеста) с пористостью более 60 %. Так, кирпич как теплоизолятор значительно лучше бетона, а дерево в 2 – 3 раза лучше кирпича. температура плавления – температура, при которой материал переходит из твердого состояния в жидкое. Чистые металлы имеют постоянную температуру плавления; для кристаллических веществ, к которым относятся металлы, температура плавления и температура затвердевания постоянны и совпадают; Для аморфных веществ (смолы, стекло) постоянной точки плавления нет. В таких случаях отмечают температуру размягчения. электропроводность – способность вещества проводить постоянный электрический ток; магнетизм; расширение при нагревании; усадка – уменьшение объема расплавленного металла при его охлаждении. Химические свойства Химические свойства металлов характеризуют их способность вступать в соединения с различными веществами и в первую очередь с кислородом. Чем легче металл вступает в соединения с различными химическим элементами, тем легче он разрушается. окисляемость; растворяемость; коррозийная стойкость. Механические свойства Механические свойства материалов, как правило, являются основными показателями. Которые определяют его пригодность в различных условиях эксплуатации. Главными механическими свойствами являются твердость, упругость, прочность, ударная вязкость. прочность – способность материала противостоять деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок (растягивающих, сжимающих, изгибающих, срезающих, неравномерное нагревание, магнитные и электрические поля); твердость – способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела; упругость – способность материала восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней силы. Большой упругостью должны обладать рессоры и пружины, поэтому они выполняются из специальных сплавов; пластичность – способность металла не разрушаться, изменять форму под действием нагрузки и сохранять эту форму после ее снятия. Пластичность свойство обратное упругости. Чем больше пластичность металла, тем он легче куется, штампуется, прокатывается; вязкость – способность металла оказывать сопротивление ударным нагрузкам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости; ползучесть – способность металла непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки, особенно при повышенных температурах; усталость – постепенное разрушение металла; свойство выдерживать эти нагрузки – выносливость. Технологические свойства Технологические свойства определяют пригодность материала к обработке тем или иным способом свариваемость – способность металлов образовывать прочные соединения при сварке. Хорошей свариваемостью обладают стали с низким содержанием углерода. Плохо свариваются чугун, медные и алюминиевые сплавы; жидкотекучесть – способность расплавленных металлов и сплавов заполнять литейную форму; ковкость – способность металла принимать определенную форму при обработке давлением; обрабатываемость резанием – способность метала изменять свою форму под действием режущего инструмента (резец, фреза, ножовка и т.д.), т.е. при различных операциях механической обработки (обтачивание, фрезерование, сверление). Эксплуатационные свойства Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях: износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения; жаростойкость – способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре; жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах; хладостойкость – способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах; антифрикционность – способность материала прирабатываться друг к другу. Контрольные вопросы: Приведите примеры черных металлов и сплавов Приведите примеры тяжелых металлов; Выпишите правильное утверждение: все металлы имеют аморфное строение; все металлы имеют кристаллическое строение; все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение; только композиционные материалы имеют в твердом состоянии кристаллическое строение, остальные аморфное. Укажите латинское и русское название металлов: Например: Fе – Ferrum – железо Cu – Mg – Pb – Ni – Na – Al – Ti – Zn – Sn – Cr – Приведите примеры цветных металлов и сплавов: Приведите примеры легкоплавких металлов: Заполните схему и приведите примеры: неметаллические материалы    Закончите предложение: а) вещества, атомы которых расположены в пространстве хаотично, называют ______________________________________________________________________________; б) вещества, атомы которых расположены в пространстве в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку, называют ______________________________________________ Укажите самый тяжелый и самый твердый металл: а) вольфрам; б) цирконий; в) медь; г) осмий Ответ: самый тяжелый - _________________________________________________________ самый твердый - __________________________________________________________ Запишите по горизонтали названия технологических свойств металлов и сплавов, а также их механических свойств, определяемых с помощью технологических испытаний. Прочтите по вертикале термин, обозначающий эти названия  Рекомендуемая литература: Учебное пособие «Материаловедение» В.А. Стуканов Учебник «Материаловедение» О.С. Моряков Учебник «Основы материаловедения» под редакцией В.Н. Заплатина |