Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Металлы и сплавы. Основные свойства и понятия

Сварщик работает с металлами и их сплавами. Для понима­ния процессов, происходящих при сварке, необходимо владеть основными Понятиями, знать основные свойства металлов и сила* вов.

Что такое металлы? Более 200 лет назад великий русский ученый М. В. Ломоносов (1711-1765) в своем знаменитом труде «Первые основания металлургии или рудных дел*, написанном в 1763 году, дал металлам такое определение: «металлы суть ков­кие светлые тела*. Для того времени краткая формулировка была достаточно верной и точной. Ломоносов назвал шесть основных металлов: золото, серебро, медь, железо, свинец и олово.

Позже Мейер (1897) в своем энциклопедическом словаре дал уже расширенное определение металлам: «элементы, которые являются хорошими проводниками тепла и электричества, обла­дают характерным сильным блеском, непрозрачны (в не слиш­ком тонком слое) й образуют с кислородом соединения преиму­щественно основного типа*.

С развитием науки происходили открытия все новых элемен­тов. Открытые элементы необходимо было классифицировать какими-то другими определениями.

К чему причислять новые элементы?

Выход из тупика нашел знаменитый русский ученый Д. И. Менделеев (1834-1907). Его таблица и периодическая

система элементов получили всемирное признание. Одновремен­но с Д. И. Менделеевым и независимо от него подобную систему разработал немецкий химик Лотар МЪйер (1830-1895). Права на открытия принадлежат обоим ученым. Однако Менделеев пред­сказал ло своей таблице свойства еще не открытых элементов и определил их свойства теоретически. Это были элементы галлий. и германий. В то время было известно 63 элемента, из них около 50 — металлы.

Дальнейшие исследования свойств металлов с помощью оптического микроскопа (увеличение до 1500 раз), а затем при помощи электронного микроскопа (увеличение 20-100 000 крат) позволили заглянуть внутрь металла.

Русский ученый П. П. Аносов в 1831 году впервые в миро­вой практике применил оптический микроскоп для исследо­вания микроструктуры металлов, став основоположником изучения металлов методом микро- и макроанализа. Кроме того, он первым в мировой практике обратил внимание, что свойства стали зависят не только от ее химического состава, но и от струк­туры.

Исследование при помощи оптики показало строение метал­лов как кристаллических веществ. Электронная металлография позволила наблюдать дефекты в кристаллах в виде различных дислокйций-смещевий, перестановок.

Итак, что нам сегодня известно о металлах?

Металлы обладают различными свойствами. Общими свойствами металлов является характер зависимости электро­проводности от температуры. Свойства металлов объясйяются их строением: распределением и характером движения электро­нов в атомах; расположением атомов, ионов и молекул в простран­стве; размерами, формой и характером кристаллических образо­ваний.

Электронное строение металлов определяется периодической системой Д. И. Менделеева. В полном соответствии со сходством в электронном строении элементы одной группы имеЮт и сход­ные свойства.

К таким периодически изменяющимся свойствам метал­лов относятся: твердость, абсолютная температура плавле­ния, средний коэффициент, теплового расширения, а томный объем и др.

В природе металлы, за исключением золота, серебра, плати­ны и меди, существуют в составе химических соединений — окис­лов, сульфатов и прочих, образующих руды. Из руды различны­ми металлургическими способами извлекают металлы: дроб­лением руды, обогащением и сепарацией и далее выплавкой со­ответственно чугуна или слитков цветных металлов. Чугун ис­пользуется собственно и как чугун, как материал для выплавки сталей.

Стальные слитки й слитки цветных металлов в дальнейшем перерабатываются для сортового проката в виде рельсов, балок, прутков, полос, листов, уголков, швеллеров, проволоки и т. п. Соответственно, выпуском чугуна и сталей занимается черная ме­таллургия, а производством цветных металлов — цветная метал­лургия.

Технически чистые металлы характеризуются низкой проч­ностью и высокой пластичностью, поэтому в технике применяют различные металлические сплавы. Сплав — вещество, получен­ное сплавлением двух или более элементов.

Элементами сплавов могут быть металлы и неметаллы. Эти элементы называются компонентами сплава. В сплавах, кроме основных элементов, могут содержаться примеси. Примеси мо­гут быть полезными, если они улучшают свойства сплава, или вредными, если они ухудшают свойства сплава. Примеси можно выделить как специальные, которые ввели в сплав для придания ему требуемых свойств, так и случайные, попавшие в сплав слу­чайно при его приготовлении.

Сплавы делятся по следующим признакам:

- черные сплавы на основе железа — это стали и чугуны;

- легкие цветные сплавы с малой плотностью на основе алюминия, магния, титана, бериллия;

- тяжелые цветные сплавы с высокой плотностью на осно­ве меди, свинца, олова и др.;

- легкоплавкие цветные сплавы на основе цинка, кадмия, олова, и др.;

- тугоплавкие цветные сплавы на основе молибдена, нио­бия, циркония, вольфрама, ванадия и пр.