2.Анізотропність та її значення.

У кристалі можна провести велику кількість площин, що проходять через атоми, які ідентично розташовані у вузлах кристалічної решітки. Для кожної групи кристалографічних площин міжплощинні відстані і щільність розташування атомів на них будуть різними і, таким чином, будуть різними і сили взаємодії між цими площинами. Тому фізичні та механічні властивості кристала залежать від напрямку, в якому їх визначають. Це явище називається анізотропією властивостей. Воно дуже виявляється в монокристалах (одно кристалічних тілах). Так, у чистому залізі модуль пружності, наприклад, в різних напрямках змінюється від 1,35*105 МПа до 2,9*105 МПа, тобто (більше ніж у два рази).

Але, як відмічалось раніше, метали та сплави, які застосовують у техніці, не є монокристалами. Вони мають полікристалічну будову, тобто складаються з великого числа випадково орієнтованих одних відносно одного мікро кристалів (кристалітів). Таке хаотичне розташування кристалітів у металах приводить до того, що вони мають практично однакові властивості в різних напрямках і, таким чином, можуть розглядатися як ізотропні матеріали, тобто такі, в яких властивості не залежать від напрямку. Точніше їх слід розглядати як квазіізотропні матеріали (ніби ізотропні). Зрозуміло, що коли кристаліти якимось чином зорієнтувати в металі однаково (наприклад, шляхом значної холодної деформації), то така уявна ізотропність у ньому зникає.

3.Алотропічні перетворення в металах.

Алотропі́чні перетво́рення (в металах) — зміни, що відбуваються в будові і властивостях металів під час їхнього нагрівання і охолодження.

Алотропічні перетворення призводять до утворення різних кристалічних форм або різної кількості атомів хім. елемента в молекулі простої речовини. При переході металу з однієї модифікації в ін. спостерігаються тепловий і об'ємний ефекти, причому кристалічні ґратки змінюються стрибкоподібно (не існує безперервного переходу). Об'ємний ефект алотропічного перетворення у різних металів різний і може змінюватися в широких межах. Наприклад, перехід білого β-олова (ґратки тетрагональні, об'ємноцентровані) в сіре α-олово (ґратки алмазного типу) супроводиться зміною об'єму на 26%. Під впливом внутрішніх напружень, що виникають при цьому, компактний метал перетворюється в порошок («олов'яна чума»).

Серед металів алотропія виявлена (при т-рі, вищій за кімнатну) у заліза, марганцю, кобальту, титану, цирконію, радію, талію, лантану, церію, урану.

Застосовуючи апаратуру високих тисків і т-р, одержали модифікації легкоплавких металів (кадмій, церій, миш'як, галій, вісмут).

Експериментально доведено наявність низькотемпературного поліморфізму у натрію, літію, цезію, берилію. Найчастіше Алотропічні перетворення спостерігаються у металів, розміщених в середній частині періодичної таблиці.

5.Поняття про властивості металів.

А) Фізичні властивості металів проявляються при дії фізичних явищ, які діючи на метал, не змінюють його складу. Наприклад, при нагріванні метал розплавляється, але його склад залишається попереднім.

Густина (solidity, strength) – величина, яка дорівнює відношенню маси металу до займаного ним об’єму. Наприклад, густина заліза дорівнює 7800 кг/м3, алюмінію 2700 кг/м3, свинцю 11300 кг/м3.

Кольором називається здатність металів відбивати світлові промені, що на них попадають. Промені світла, відбиті від різних металів, діють на органи зору по-різному, що створює відчуття того чи іншого кольору. Наприклад, мідь має рожево-червоний колір, алюміній – білий.

Теплопровідністю (heat/thermalconductivity) називають здатність металів проводити тепло. Чим більша теплопровідність, тим швидше тепло поширюється по металу при його нагріванні і віддається ним при охолодженні. Високу теплопровідність мають мідь та алюміній. Залізо, сталь, чавун проводять тепло в 4-6 разів гірше, ніж мідь.

Теплоємність (thermal/heatcapacity) визначає кількість тепла, необхідного для нагрівання металу на 10. Низьку теплоємність мають платина і свинець. Теплоємність сталі і чавуну майже в 4 рази вище теплоємності свинцю.

Плавлення (melting) – це процес переходу металу з твердого стану в рідкий. Метали із високою температурою плавлення вважають тугоплавкими (вольфрам, хром, платина), а метали з низькою температурою плавлення належать до легкоплавких (олово, свинець). Наприклад, температура плавлення заліза-15390, міді-1083, олова-2319, вуглецевої сталі - 1420-1520 0С.

Теплове (термічне) розширення означає здатність металу, що нагрівається, збільшувати свої розміри.

Електропровідністю називають здатність металу проводити електричний струм. Хорошими провідниками струму є срібло, мідь, алюміній. Деякі метали і сплави (ніхром) чинять електричному струму великий опір.

Б) Хімічні властивості. Це – здатність металів і сплавів взаємодіяти з навколишнім середовищем, вступати в хімічні сполучення, розчинятися, кородувати, чинити опір дії агресивних середовищ. Найбільш важливі з них – це окислення на повітрі, кислотостійкість, лугостійкість, жароміцність.

В) Механічні властивості пов’язані з поняттям про навантаження, деформацію та напруження. Від механічних властивостей металу залежить його поведінка при деформації і руйнуванні під дією зовнішніх сил конструкцій чи деталей. Цим властивостям буде детально розглянуто далі, бо саме їм приділена основна увага в цьому розділі.

Міцність (durability) – це властивість металів, не руйнуючись, чинити опір дії прикладених зовнішніх сил. Міцність металів характеризується умовною величиною – межею міцності. Межею міцності є навантаження , яке прикладене до зразка в момент розриву, віднесене до площі поперечного перерізу зразка

Пружність (resilience) - здатність металів змінювати свою форму під дією зовнішніх сил і відновлювати її після припинення дії цих сил; Відношення навантаження, при якому зразок починає мати залишкові подовження, до площини його поперечного перерізу називається межею пружності. Наприклад, межа пружності сталі до 300; міді 25;свинцю 2,5МПа.

Втомлюваність (tiredness) – зміна механічних і фізичних властивостей матеріалів під дією сил, циклічно змінюються під час напружень та деформацій. В умовах дії таких навантажень в працюючих деталях утворюються і розвиваються тріщини, які приводять до повного руйнування деталей. Подібні руйнування небезпечні тим, що можуть проходити під дією напруг значно менших границь міцності і текучості.

Крихкість (fragile) – властивість металу руйнуватись відразу після дії прикладених до нього сил, не показуючи жодних ознак деформації (чавун).

Твердість (hardness) – здатність металу чинити опір вдавленню в нього іншого, більш твердого матеріалу. Чавун і сталь мають високу твердість, свинець – низьку. Для перевірки твердості металів існує три методи випробування, названих за іменами їх винахідників - Бринеля, Роквелла, Віккерса

Ударна в’язкість – здатність металів не руйнуватись при дії на них ударних навантажень. Ударна в’язкість визначається за допомогою маятникового копра. Зразок стандартної форми встановлюють в опорах і руйнують падаючим з висоти вантажем.

Г)Технологічні властивості визначають здатність металів отримувати ту чи іншу обробку. До технологічних властивостей металів належать: обробка різанням, ковкість, рідкотекучість, усадка, зварюваність.

Ковкістю (malleable) називається здатність металів, не руйнуючись, приймати потрібну форму під дією зовнішніх сил. Сталь у нагрітому стані має хорошу ковкість.

Рідко текучістю (seldom-fluidity) називається здатність розплавлених металів заповнювати ливарні форми. Високу рідкотекучість має сірий чавун, низьку – мідь.

Усадкою (shrinkage) називається здатність розплавлених металів зменшувати свій об’єм при охолодженні. Ця властивість має значення в ливарній справі. Моделі виливків виготовляють з урахуванням усадки, тобто більших розмірів ніж розміри виливка. Крім того, усадка призводить до утворення тріщин у виливках. Найменшу усадку мають сірий чавун, цинкові і алюмінієві сплави.

Обробка різанням – це здатність металів піддаватися дії різальних інструментів. Зважаючи на меншу твердість, деякі кольорові метали легше обробляти різанням, ніж чорні

Зварюваністю називається здатність металів міцно з’єднуватися шляхом розплавлення місця з’єднання. Добре зварюються сталі з низьким вмістом вуглецю. Чавун і сплави кольорових металів зварюються значно складніше.