Общие сведения о строении металлов

Металлы и их сплавы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Их атомы (ионы, молекулы) располагаются в пространстве в строго определенном порядке и образуют пространственную кристаллическую решетку.

Пространственные кристаллические решетки образуются при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией.

Кристаллизация состоит из двух стадий. В жидком состоянии металла его атомы находятся в непрерывном движении. При понижении температуры движение атомов замедляется, они сближаются и группируются в кристаллы. Образуются так называемые центры кристаллизации (первая стадия). Затем идет роет кристаллов вокруг этих центров (вторая стадия). Вначале кристаллы растут свободно. При дальнейшем росте кристаллы отталкиваются, рост одних кристаллов мешает росту соседних, в результате чего образуются неправильной формы группы кристаллов, которые называют зернами.

Размер зерен существенно влияет на эксплуатационные и технологические, свойства металлов.

Классификация металлов и сплавов

В технике все металлы и сплавы принято делить на черные и цветные. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе. Этими сплавами являются чугуны и стали. К цветным — все остальные металлы и сплавы. Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску. Например, медь светло-красная, никель, олово, серебро - белые, свинец - голубовато-белый, золото - желтое. Это деление на черные и цветные металлы условно.

Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей.

Примеры сплавов

1. Чугун - сплав железа с углеродом (более 2%) и другими добавками.

2. Сталь - сплав железа с углеродом (менее 2%) и другими добавками.

3. Латунь - сплав меди с цинком (10 - 50%)

4. Бронза - сплав меди с оловом (до 20%)

5. Константан - сплав меди (60%), никеля (38%), марганца (1-2%)

6. Мельхиор - сплав меди (80%) и никеля (20%)

7. Нихром - сплав никеля (60%), железа (14-18%), хрома (18%)

8. Баббиты - сплав свинца (65%), олова (15-17%) сурьмы (15-17%), меди (2%)

9. Дюралюминий - сплав алюминия (90%), меди (3-5%), магния (4%)

10. Силумин - сплав алюминия (86 - 88%) и кремния (12-14%)

11. Магналий - сплав алюминия (80 - 97%) с магнием (3-20%)

Классификация сталей

Химический состав.

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода. В зависимости от химического состава различают стали углеродистые и легированные. В свою очередь углеродистые стали могут быть:

малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;

среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%

высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%

Легированные стали подразделяют на:

низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%

среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;

высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

Назначение

Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

С особыми физическими свойствами, например: электротехническая сталь; с особыми химическими свойствами, например: нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

Качество

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.

Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

С таль группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

сталь группы Б - по химическому составу;

сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом

Степень раскисления

По степени удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:

спокойные стали "сп"; кипящие стали - слабо раскисленные "кп"; полуспокойные стали, "пс".

Нелегированные конструкционные стали обыкновенного качества

Обозначают по ГОСТ 380-94 буквами "Ст" и условным номером марки (от 0 до 6) в Например:

Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

Нелегированные конструкционные качественные стали.

В соответствии с ГОСТ 1050-88 эти стали маркируются двухзначными числами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 05 ; 08 ; 10 ; 25 ; 40 и т.д.

Например:

14Г, 18Г и т.д.