Что такое металлы в химии

Что такое металлы

Ou brille l’ardent metal. – Люди гибнут за металл!

Наверняка, многие слышали эту фразу из куплетов Мефистофеля (опера Гуно “Фауст”). Трудно не согласиться с автором, ведь металлы действительно играют чрезвычайно важную роль в жизни человека.

Большинство, известных современной науке, химических элементов являются металлами (их более 80). Металлы входят в большинство неорганических соединений.

Наибольшую химическую активность проявляют щелочные и щелочноземельные металлы, которые образуют наиболее типичные для металлов химические соединения.

Еще одним существенным нюансом является тот факт, что соединения некоторых металлов Ia и IIa групп (литий, калий, магний, кальций) принимают участие во многих химико-биологических процессах, протекающих в клетках живых организмов.

Общая характеристика металлов

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В основе такого деления лежит различие в строении атомов элементов.

Неметаллы в таблице Периодической системы Менделеева занимают правый верхний угол (желтые ячейки на рисунке внизу):

Все остальные, не желтые ячейки плюс водород и гелий – занимают металлы. Таким образом, неметаллы и металлы в Периодической таблице разделены условной диагональю бор-астат.

Химические элементы, расположенные в непосредственной близости от этой диагонали (алюминий, титан, галлий, германий, сурьма, теллур, астат), имеют двойственные свойства, реагируя в некоторых случаях, как металлы, а в других – как неметаллы.

Закономерности расположения элементов в периодах (слева-направо):

  • Радиус атома – уменьшается;
  • Заряд ядра – увеличивается;
  • Электроотрицательность – увеличивается;
  • Кол-во электронов на внешнем слое – увеличивается;
  • Прочность связи внешних электронов с ядром атома – увеличивается;
  • Способность отдавать электроны – уменьшается.

Исходя из вышеуказанных закономерностей, нетрудно догадаться, что металлы находятся в начале каждого периода (слева), а неметаллы – в конце (справа).

  • как правило, на внешнем электронном слое имеют 1-3 электрона (4 электрона у Ge, Sn, Pb; 5 – у Sb, Bi; 6 – у Po);
  • имеют больший размер атома и меньший заряд его ядра, по сравнению с неметаллами своего периода;
  • имеют высокопрочную связь внешних электронов с ядром атома;
  • легко расстаются с валентными электронами, превращаясь в катионы.

При н.у. все металлы (за исключением ртути) являются твердыми веществами, обладающими прочной кристаллической решеткой, образованной за счет металлических связей. Между узлами кристаллической решетки находятся свободные электроны, которые могут переносить теплоту и проводить электрический ток. Поэтому, в отличие от неметаллов, металлы хорошо проводят тепло и обладают высокой электропроводностью.

Физические свойства металлов:

  • твердые вещества (кроме ртути);
  • обладают характерным металлическим блеском;
  • обладают высокой электро- и теплопроводностью;
  • обладают высокими механическими качествами: упругостью, пластичностью, прочностью.

Самыми мягкими металлами являются калий и натрий (их можно резать ножом), самый твердый металл – хром (царапает стекло).

Самый легкоплавкий металл ртуть (-38,9°C), самый тугоплавкий – вольфрам (3380°C).

Самая низкая плотность у лития (0,59 г/см 3 ), самая высокая – у осмия (22,48 г/см 3 ).

Еще одной характерной особенностью металлов является их способность намагничиваться:

  • ферромагнетики обладают высокой способностью намагничиваться даже под действием незначительного магнитного поля (железо, никель);
  • парамагнетики проявляются слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром);
  • диамагнетики не намагничиваются (олово, медь).

Химические свойства металлов

Выше уже было сказано, что металлы достаточно легко расстаются со своими электронами (окисляются), т.е. в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями.

Во всех химических реакциях металлы являются восстановителями, проявляя только положительные степени окисления
Me 0 -ne – → Me n+
  • M – металл;
  • e – – электрон;
  • n – целое число.

Металлы характеризуются низкими величинами энергии ионизации (энергии, необходимой, для отрыва электрона от атома).

Восстановительная способность металлов:

  • в периодах уменьшается слева-направо;
  • в главных подгруппах увеличивается сверху-вниз.

Металл является более сильным восстановителем, чем он стоит левее в периоде и ниже в главной подгруппе.

Восстановительная активность металлов, в реакциях, протекающих в растворах веществ, зависит от места металла в электрохимическом ряду напряжений.

Химические реакции металлов с неметаллами (простыми веществами):

  • с водородом металлы образуют гидриды:
    Ca+H2 = CaH2 – гидрид кальция
  • с галогенами металлы образуют галогениды (соли):
    Mg+Br2 = MgBr2 – бромид магния
  • с кислородом металлы образуют оксиды:
    4Na+O2 = 2Na2O – оксид натрия
  • с серой металлы образуют сульфиды (соли):
    Fe+S = FeS – сульфид железа
  • с углеродом металлы образуют карбиды:
    Ca+2C = CaC2 – карбид кальция

Химические реакции металлов с сложными веществами:

  • металлы от лития до натрия (см. ряд напряжений) вытесняют водород при н.у. с образованием щелочей:
    2Na+2H2O = 2NaOH+H2
  • металлы, стоящие левее водорода, реагируют с разбавленными кислотами с образованием солей и выделением водорода:
    2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2
  • металлы реагируют с растворами солей менее активных металлов, восстанавливая при этом менее активный металл, с образованием соли более активного металла:
    Fe+CuSO4 = FeSO4+Cu
Читайте также:
Чем отличается инверторный сварочный аппарат от трансформаторного

Получение металлов

В свободном виде в природе присутствуют наименее активные металлы, встречаются они в виде так называемых самородков (кто не мечтает найти самородок золота). Так уж сложилось, что количество таких металлов на земле не так уж и много, поэтому, их еще называют драгоценными металлами – это золото, серебро, платина.

Остальные металлы, не имеющие “благородного” происхождения, т.к. являются достаточно активными, чтобы вступать во взаимодейcтвие с другими веществами, в природе присутствуют в разнообразных соединениях – сульфидах, сульфатах, оксидах, хлоридах, нитратах, фосфатах и проч.

Благодаря своим высоким практическим качествам, металлы заслужили “уважение” у наших далеких предков, которые, поняв их полезность, пытались найти способы извлечения металлов из соединений. Так зародилась целая отрасль, называемая металлургией.

Любой современный металлургический процесс заключается в восстановлении ионов металла, с получением на выходе металла в свободном виде.

Разновидности металлургических процессов:

  • Прометаллургия – получение металлов из их руд при помощи различных восстановителей при высоких температурах:
    FeO+C = Fe+CO
    Cr2O3+2Al = Al2O3+2Cr
  • Гидрометаллургия – получение металлов из раствора соли металла путем вытеснения более активным металлом:
    • на первом этапе оксид металла растворяют в кислоте с целью получения раствора соли металла:
      CuO+H2SO4 = CuSO4+H2O
    • на втором этапе из полученного раствора более активным металлом вытесняют “нужный” металл:
      CuSO4+Fe = FeSO4+Cu
  • Электрометаллургия – получение металлов электролизом растворов (расплавов) их соединений (роль восстановителя выполняет электрический ток).

Сплавы металлов

По мере развития науки, человек понял, что соединяя воедино несколько различных металлов, можно получить вещество, которое будет превосходить по своим показателям исходные компоненты – так появились сплавы металлов.

Сплавы получают из расплавов металлов, которые в жидком виде хорошо растворяются и смешиваются друг с другом.

Главные разновидности сплавов металлов:

  • Механическая смесь металлов представляет собой смесь очень мелких кристаллов отдельных металлов, как, например, перемешать цемент с песком;
  • Твердые растворы представляют собой однородные кристаллы в узлах кристаллической решетки которых находятся атомы сплавляемых металлов;
  • Интерметаллические соединения получаются взаимным растворением металлов, в результате которого атомы образуют “экзотические” соединения, например, Ag2Zn5, Cu3Zn.

Следует сказать, что сплавляются друг с другом не только металлы, в состав некоторых сплавов входят и неметаллы, с которыми металлы не только механически смешиваются, но и образуют атомные соединения, в результате чего полученный сплав обладает резко отличающимися физическими свойствами от исходных металлов. Современная наука разработала много разнообразных сплавов, которые обладают заранее заданными свойствами.

  • Сталь – сплав железа с углеродом (обычно, до 1%) с легирующими добавками хрома, никеля, кремния, фосфора, марганца и проч.
  • Чугун – сплав железа с углеродом (более 3%) с легирующими добавками.
  • Бронза – сплав меди с оловом с легирующими добавками.
  • Латунь – сплав меди с цинком.
  • Мельхиор – сплав меди с никелем.
  • Дюралюминий – сплав алюминия с медью (3-5%), магнием (1%), марганцем (1%).
  • Амальгама – сплав металла с ртутью.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию :) Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Химия

Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке

Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера

. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке

Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке

План урока:

Физические свойства металлов

Металлы – химические элементы, атомы которых в процессе реакции стремятся отдавать электроны. Они обладают металлической кристаллической решеткой и общими физическими свойствами. На данный момент известно более 87 металлов.

Для металлов характерен ряд свойств:

  • твердость (кроме ртути, которая представляет собой жидкость);
  • металлический блеск;
  • проводимость электрического тока и тепла;
  • пластичность.

Металлы при ударах не разрушаются, а меняют форму. С этой особенностью связано то, что из них производят проволоку, металлические листы и др. Развитие бронзового и железного века связано с производством товаров из металлов.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.

Для неметаллов характерен ряд свойств:

  • хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
  • отсутствие блеска;
  • непроводимость электрического тока и тепла.

Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.

Красные ячейки – неметаллы, синие – металлы

Читайте также:
Чистка алюминия от окислов

Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.

Красные ячейки – полуметаллы

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.

Закономерности в таблице Д.И. Менделеева

Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.

Способы получения металлов

Большую часть металлов получают из оксидов при нагревании.

Металлы, имеющие на внешнем уровне один-два электрона, получают с помощью электролиза расплавов.

Химические свойства металлов

Все металлы проявляют восстановительные свойства. Легкость в отдачи внешнего электрона применяется в фотоэлементах. Степень активности определяется рядом активности. У самых активных на внешнем уровне располагается по одному электрону.

Общие химические свойства металлов выражаются в реакциях со следующими соединениями.

  • С неметаллами

Активные металлы реагируют с галогенами и кислородом. С азотом взаимодействуют только литий, кальций и магний. Большинство металлов при взаимодействии с кислородом образуют оксиды, а наиболее активные металлы – пероксиды (N2O2).

  • С оксидами металлов

2 Ca + MnO2 → 2 CaO + Mn(нагревание)

Водород в кислотах вытесняют только те металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода.

  • С растворами солей

Более активные металлы вытесняют из соединений менее активные.

  • Химические свойства щелочных и щелочно-земельных металлов (реакции с водой)

2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2

Способы получения неметаллов

Неметаллы синтезируют из природных соединений с помощью электролиза.

2 KCl → 2 K + Cl2

Также неметаллы получают в результате окислительно-восстановительных реакций.

SiO2 + 2 Mg → 2 MgO + Si

Химические свойства неметаллов

Неметаллы проявляют окислительные свойства. Самый активный неметалл – фтор. Он бурно реагирует со всеми веществами, а некоторые реакции сопровождаются горением и взрывом. В атмосфере фтора горят даже вода и платина. Фтор окисляет кислород и образует фторид кислорода OF2.

Неметаллы вступают в реакции со следующими веществами.

3 F + 2 Al → 2 AlF3 (нагревание)

S + Fe →FeS (нагревание)

  • С другими неметаллами
  • Со сложными веществами

Меньшей активностью обладают такие неметаллы как бор, графит, алмаз. Они могут проявлять восстановительные свойства.

2 C + MnO2 → Mn + 2 CO

Коррозия металла

Коррозия – это процесс разрушения металлов или металлических конструкций под действием кислорода, воды и вредных примесей. Не все металлы подвергаются коррозии. Их стойкость зависит от ряда факторов.

  • На благородных металлах не образуется коррозия.
  • На поверхности алюминия, титана, цинке, хрома и никеля есть оксидная пленка, которая предотвращает процессы коррозии.

Различают несколько видов коррозии – химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Она образуется под действием газов.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – процесс разрушения металлов или металлических конструкций, который сопровождается электрохимическими реакциями. В большинстве металлов находятся примеси. В процессе коррозии электродами могут служить не только металлы, но и его примеси.

Например, в железе могут находиться примеси олова. В этом случае на аноде электроны переносятся от олова к железу и металлы растворяются, т.е. железо подвергаются коррозии. На катоде восстанавливается водород из воды или растворенного кислорода. Электрохимическая коррозия может сопровождаться следующими процессами.

Анод: Fe 2+ – 2e → Fe 0

Катод: 2H + + 2e → H2

Способы защиты от коррозии

В промышленности популярны различные методы защиты металлов от коррозии.

  • Защитные покрытия

Покрытия защищают поверхности от действия окислителей. Ими служат различные вещества:

  • покрытие менее активным металлом (железо покрывают оловом);
  • краски, лаки, смазки.
  • Создание специальных сплавов

Физические свойства сплавов и чистых металлов отличаются. Поэтому для повышения стойкости в сплав необходимо добавить дополнительные металлы.

Биологическая роль металлов и неметаллов

В организмах содержится множество различных металлов и неметаллов. Различных химических элементов в организме может не хватать, поэтому приходится потреблять их извне.Химические элементы можно разделить на две большие группы – макроэлементы и микроэлементы.

Читайте также:
Фрезеровка алюминия ручным фрезером

К макроэлементам относятся вещества, содержание которых в организме превышает 0,005 %. Эта группа включает водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций.Микроэлементы – элементы, содержание которых не превышает 0,005%. К ним относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор. Каждый макро- и микроэлемент в организме выполняет определенную функцию.

Применение металлов и неметаллов

В синтезе химических препаратов и лекарств применяются чистые металлы и неметаллы. В органической химии металлы используются в качестве катализаторов, а также при получении металлорганических соединений. Неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений.

Металлы

Общая характеристика металлов

Как известно, все химические элементы и образуемые ими простые вещества делятся на металлы и неметаллы.

Так как в периодах и группах периодической системы Д.И.Менделеева существуют закономерности в изменении металлических и неметаллических свойств элементов, можно достаточно определенно указать положение элементов-металлов и элементов-неметаллов в периодической системе. Если провести диагональ от бора к астату, то слева от этой диагонали в периодической системе все элементы являются металлами, а справа от нее элементы побочных подгрупп являются металлами, а элементы главных подгрупп – неметаллами. Элементы, расположенные вблизи диагонали (например, Al, Ti, Ga, Ge, Sb, Te, As, Nb), обладают двойственными свойствами: в некоторых своих соединениях ведут себя как металлы, а в некоторых – проявляют свойства неметаллов.

Все s-элементы (кроме Н и Не), d-элементы (все элементы побочных подгрупп) и f-элементы (лантаноиды и актиноиды) являются металлами. Среди р-элементов есть и металлы, и неметаллы, число элементов-металлов увеличивается с увеличением номера периода.

Самородки золота

Атомы большинства металлов на внешнем электронном слое имеют от 1 до 3 электронов. Исключение: атомы германия, олова, свинца на внешнем электронном слое имеют четыре электрона, атомы сурьмы, висмута – пять, атомы полония – шесть. Атомы металлов имеют меньший заряд ядра и больший радиус по сравнению с атомами неметаллов данного периода. Поэтому прочность связи внешних электронов с ядром в атомах металлов небольшая. Атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы.

Простые вещества, которые образуют элементы-металлы, при обычных условиях являются твердыми кристаллическими веществами (кроме ртути). Кристаллическая решетка металлов образуется за счет металлической связи. Имеющиеся между узлами кристаллической решетки свободные электроны могут переносить теплоту и электрический ток, что является причиной главных физических свойств металлов – высокой электро- и теплопроводности.

Физические свойства металлов
  1. Все металлы – твердые вещества (кроме ртути).
  2. Для всех металлов характерны металлический блеск и непрозрачность.
  3. Все металлы – проводники теплоты и электрического тока. Металлы, характеризующиеся высокой электрической проводимостью, обладают и высокой теплопроводностью.
  4. Важными свойствами металлов являются их пластичность, упругость, прочность. Они способны под давлением изменять свою форму, не разрушаясь.

Ртуть

По степени твердости металлы значительно отличаются друг от друга. Так, калий, натрий – мягкие металлы (их можно резать ножом); хром – самый твердый металл (царапает стекло).

Температуры плавления и плотности металлов также изменяются в широких пределах. Самый легкоплавкий металл – ртуть (tпл.= — 39 ̊ С), самый тугоплавкий – вольфрам (tпл.= 3380 ̊ С). Плотность лития – 0,59 г/см 3 , осмия – 22,48 г/см 3 .

Металлы отличаются своим отношением к магнитным полям и делятся на три группы:

ферромагнитные металлы способны намагничиваться под действием слабых магнитных полей (железо, кобальт, никель, гадолиний);

парамагнитные металлы проявляют слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром, титан, почти все лантаноиды);

диамагнитные металлы не притягиваются к магниту, даже слегка отталкиваются от него (олово, медь, висмут).

Химические свойства металлов

Атомы металлов не могут присоединять электроны. Поэтому они во всех химических реакциях являются восстановителями и в соединениях имеют только положительные степени окисления. Восстановительная активность различных металлов неодинакова. В периодах слева направо восстановительная активность металлов уменьшается; в главных подгруппах сверху вниз – увеличивается.

  1. Взаимодействие с простыми веществами – неметаллами:

а) с галогенами металлы образуют соли – галогениды, например:

б) с кислородом металлы образуют оксиды, например:

Горение железа в кислороде

в) с серой металлы образуют соли – сульфиды, например:

г) с водородом самые активные металлы образуют гидриды, например:

д) с углеродом многие металлы образуют карбиды, например:

  1. Взаимодействие со сложными веществами:

а) металлы, находящиеся в начале ряда напряжений (от Li до Na), при обычных условиях вытесняют водород из воды и образуют щелочи, например:

б) металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода, взаимодействуют с разбавленными кислотами (HCl, H2SO4 и др.), в результате чего образуются соли и выделяется водород, например:

Читайте также:
Химическое пассивирование нержавеющих сталей

в) металлы взаимодействуют с растворами солей менее активных металлов, в результате чего образуется соль более активного металла, а менее активный металл выделяется в свободном виде, например:

Общие способы получения металлов

Большинство металлов встречаются в природе в виде различных соединений (оксиды, сульфиды, сульфаты, хлориды, карбонаты и др.). Только наименее активные металлы встречаются в природе в свободном виде (самородные металлы) – золото, серебро, платина и др.

Получение металлов из их соединений – это задача металлургии.

Любой металлургический процесс является процессом восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей, в результате которого получаются металлы в свободном виде.

В зависимости от способа проведения металлургического процесса различают пирометаллургию, гидрометаллургию и электрометаллургию.

Пирометаллургия – это получение металлов из их соединений при высоких температурах с помощью различных восстановителей: углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов (алюминия, магния) и др.

Гидрометаллургия – это получение металлов, которое состоит из двух процессов: 1) природное соединение металла (обычно оксид) растворяется в кислоте, в результате чего получается раствор соли металла; 2) из полученного раствора данный металл вытесняется более активным металлом.

Электрометаллургия – это получение металлов при электролизе растворов или расплавов их соединений. Роль восстановителя в данном процессе играет электрический ток.

Сплавы

Металлы в чистом виде применяют реже, чем их сплавы. Это объясняется тем, что сплавы часто обладают более высокими техническими свойствами, чем чистые металлы. Изготовление сплавов основано на свойстве металлов в расплавленном состоянии взаимно растворяться и смешиваться друг с другом.

По своему составу и строению сплавы бывают различными. Важнейшими из них являются:

  1. Механическая смесь металлов. Охлажденный расплав представляет собой смесь очень мелких кристаллов отдельных металлов (например, Pb + Sb)
  2. Твердые растворы. При охлаждении расплава образуются однородные кристаллы. В узлах их кристаллических решеток находятся атомы различных металлов (например, Cu + Ni).
  3. Интерметаллические соединения. При взаимном растворении металлов их атомы реагируют между собой, образуя химические соединения. В таких соединениях металлы чаще всего не проявляют валентность, характерную для них в соединениях с неметаллами (например, Cu3Zn, Zn3Mg, Ag2Zn5).

В состав сплавов могут входить и неметаллы (углерод, бор и др.)

Бронза

Способность металлов в расплавленном виде не только механически смешиваться, но и образовывать между собой (и атомами неметаллов) различные соединения – одна из главных причин, объясняющая, почему сплавы по физическим свойствам сильно отличаются от свойств составляющих их металлов. Сплав полученный из монокарбида вольфрама и кобальта – «победит» — по твердости сравним с алмазом. В настоящее время в технике применяют большое число различных сплавов, обладающих заранее заданными свойствами. Для их получения используют более 40 химических элементов в разнообразных сочетаниях и количественных соотношениях.

Некоторые широко используемые сплавы

Сталь – сплав железа и углерода, добавки: Mn, Cr, Ni, Si, P, S.

Бронза – сплав меди с оловом, добавки: Zn, Pb, Al, Mn, P, Si.

Латунь – сплав меди с цинком, добавки: Sn, Mn, Al, Pb, Si.

Мельхиор – сплав меди с никелем.

Дюралюминий – сплав алюминия с медью (3-5%), марганцем (1%), магнием (1%).

Амальгамы – сплавы металлов, содержащие ртуть.

Металлы

Нахождение металлов в природе

Металлы широко распространены в природе и могут встречаться в различном виде: в самородном состоянии (Ag, Au, Rt, Cu), в виде оксидов (Fe3O4, Fe2O3, (NaK)2O×AlO3), солей (KCl, BaSO4, Ca3(PO4)2), а также сопутствуют различным минералам (Cd – цинковые руды, Nb, Tl – оловянные и т.д.).

По распространенности в земной коре (в массовых процентах) металлы распределяются следующим образом: Al, Fe, Ca, Na, Mg, K, Ti – 8,2%, 4,1%, 4,1%, 2,3% 2,3%, 2,1%, и 0,56%, соответственно. Натрий и магний содержатся в морской воде – 0,12 и 1,05%, соответственно.

Физические свойства металлов

Всем металлам присущи металлический блеск (однако In и Ag отражают свет лучше других металлов), твердость (самый твердый металл – Cr, самые мягкие металлы – щелочные), пластичность (в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe наблюдается уменьшение пластичности), ковкость, плотность (самый легкий металл – Li, самый тяжелый – Os), тепло – и электропроводность, которые уменьшаются в ряду Ag, Cu, Au, Al, W, Fe.

В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (Tкип > 1000С) и легкоплавкие (Tкип 1 , ns 2 ), р- элементы – металлы, расположенные в группах III – VI (ns 2 np 1-4 ). Металлы d-элементы имеют большее число валентных электронов по сравнению с металлами s- и p-элементами. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов d-элементов – (n-1)d 1-10 ns 2 . Начиная с 6 периода появляются металлы f-элементы, которые объединены в семейства по 14 элементов (за счет сходных химических свойств) и носят особые названия лантаноидов и актиноидов. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов f-элементов – (n-2)f 1-14 (n-1)d 0-1 ns 2 .

Читайте также:
Шредер для дерева своими руками

Получение металлов

Щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий получают электролизом расплавов солей или оксидов этих элементов:

Тяжелые металлы получают восстановлением из руд при высоких температурах и в присутствии катализатора (пирометаллургия) (1) или восстановлением из солей в растворе (гидрометаллургия) (2):

Cu2O + C = 2Cu + CO (1)

Некоторые металлы получают термическим разложением их неустойчивых соединений:

Химические свойства металлов

Металлы способны реагировать с простыми веществами, такими как кислород (реакция горения), галогены, азот, сера, водород, фосфором и углеродом:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид натрия)

2K +S = K2S (сульфид калия)

2Na + H2 = NaH (гидрид натрия)

3Ca + 2P = Ca3P2 (фосфид кальция)

Металлы взаимодействуют друг с другом, образуя интерметаллические соединения:

Щелочные и некоторые щелочноземельные металлы (Ca, Sr, Ba) взаимодействуют с водой с образованием гидроксидов:

В ОВР металлы являются восстановителями – отдают валентные электроны и превращаются в катионы. Восстановительная способность металла — его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов. Так, чем левее в ряду напряжений стоит металл, тем более сильные восстановительные свойства он проявляет.

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода способны реагировать с кислотами:

Примеры решения задач

Задание При взаимодействии 6,0 г металла с водой выделилось 3,36 л водорода (н.у.). Определите этот металл, если он в своих соединениях двухвалентен.
Решение Т.к. металл двухвалентен, его реакция с водой будет описываться уравнением:

v(Ме) = v(Н2) = 3,36/22,4 = 0,15 моль

От­сюда атомная масса металла равна:

Ar(Ме) = m/v = 6,0/0,15 = 40 г/моль

МЕТАЛЛЫ

МЕТАЛЛЫ (от греч. metallon-первоначально, шахта, копи), в-ва, обладающие в обычных условиях характерными, металлическими, свойствами-высокими электрич. проводимостью и теплопроводностью, отрицат. температурным коэф. электрич. проводимости, способностью хорошо отражать световые волны (блеск), пластичностью. К металлам относятся как собственно металлы (простые в-ва), так и их сплавы, металлические соединения, в т.ч. интерметаллиды. Иногда металлами наз. все в-ва, обладающие теми или иными металлич. св-вами, напр. т. наз. “синтетические” металлы (см. Интеркалаты), металлы органические.

Ранее характерными признаками металлов считались блеск, пластичность и ковкость – “светлое тело, которое ковать можно” (М. В. Ломоносов). Но металлич. блеском обладают и нек-рые неметаллы, напр. иод. Известны хрупкие металлы, хотя мн. из них в результате тщательной очистки получены в пластичном состоянии. В настоящее время важнейшим признаком металлов признается отрицат. температурный коэф. электрич. проводимости, т.е. понижение электрич. проводимости с ростом т-ры. Из 109 элементов в периодич. системе 86 относят к металлам. Граница между металлами и неметаллами в периодич. таблице (в ее длинном варианте) проводится по диагонали от В до At. О нек-рых элементах, напр. Ge, Sb, нет единого мнения, все же правильнее считать Ge неметаллом, т.к. он обладает полупроводниковыми св-вами, a Sb-металлом, хотя по физ. св-вам сурьма -полуметалл.

Олово существует как в металлической (b-Sn), в полупроводниковой (a-Sn) модификации. С др. стороны, у Ge, Si, P и нек-рых др. неметаллов при высоких давлениях обнаружены модификации с металлич. проводимостью. Можно предположить, что при достаточно высоких давлениях все в-ва могут приобретать металлич. св-ва. Поэтому вопрос об отнесении того или иного элемента к металлам или неметаллам следует, по-видимому, решать на основании рассмотрения не только физ. св-в простого в-ва, но и его хим. св-в. Иногда для элементов, лежащих на границе между металлами и неметаллами, применяют термин “полуметаллы”, хотя этот термин в химии теперь не рекомендуется.

В металлах существует металлическая связь, характеризующаяся тем, что кристаллич. решетка образована положит. ионами, тогда как валентные электроны делокализованы по всему пространству решетки. Металлы можно представить в виде остова из положит. ионов, погруженного в “электронный газ”, к-рый компенсирует силы взаимного отталкивания положит. ионов. Энергия этих делокализованных электронов-электронов проводимости – отвечает зоне проводимости. Согласно зонной теории, у металлов отсутствует запрещенная зона между валентной зоной и зоной проводимости (см. Твердое тело).

В кристаллах металлов атомы ионизированы лишь частично и часть валентных электронов остается связанной, в результате возможно появление частично ковалентных связей между соседними атомами. Прочность связи в кристаллич. структуре металлов характеризуется энтальпией атомизации, к-рая меняется от 61,4 кДж/молъ у Hg до 850 кДж/моль у W. Макс. энтальпия атомизации характерна для металлов рядов Nb-Ru и Hf-Ir. Относящиеся к ним металлы отличаются макс. т-рами плавления и высокой мех. прочностью.

Классификация металлов. Все металлы делятся на четыре группы (см. форзац): s-металлы (все s-элементы, кроме Н и Не), р-металлы (элементы гр. IIIа, кроме В, а также Sn, Рb, Sb, Bi, Ро), d-металлы и f-металлы, к-рые объединяются под назв. “переходных” (см. Переходные элементы). Металлы первых двух групп иногда наз. “простыми”. Из этих групп выделяются нек-рые более узкие группы: из s-металлов- щелочные металлы и щелочноземельные элементы, из d-металлов- платиновые металлы. Группа редкоземельных элементов включает как d-, так и f-металлы (подгруппа Sc и лантаноиды).

Существует также, хотя и не общепринятая, техн. классификация металлов. В известной мере она перекликается с геохимическими классификациями элементов. Обычно выделяют след. группы: черные металлы (Fe); тяжелые цветные металлы – Сu, Pb, Zn, Ni и Sn (к этой группе примыкают т.наз. малые, или младшие, металлы – Со, Sb, Bi, Hg, Cd, нек-рые из них иногда относят к редким металлам); легкие металлы (с плотностью менее 5 г/см 3 )-Аl, Mg, Ca и т.д.; драгоценные металлы-Au, Ag и платиновые металлы; легирующие (или ферросплавные) металлы – Mn, Cr, W, Mo, Nb, V и др.; редкие металлы (см. Редкие элементы), разбиваемые в свою очередь на неск. групп; радиоактивные металлы-U, Th, Pu и др.

Кристаллическая структура. Большинство металлов кристаллизуется в одном из трех структурных типов (см. Металлические кристаллы), а именно-в кубич. и гексагoн. плотнейших упаковках (см. Плотная упаковка)или в объем-ноцентрированной кубич. решетке. В плотнейших упаковках каждый атом на равных расстояниях имеет 12 ближайших соседей. В объемноцентрированной кубич. решетке у каждого атома 8 равноудаленных соседей, еще 6 соседей расположены на большем (на 15%) расстоянии. Поэтому ко-ординац. число в этой структуре считают равным 14 (8 + 6). Межатомные расстояния в кристаллич. структуре металлов характеризуются металлич. радиусом (см. Атомные радиусы).

При обычных условиях щелочные металлы, а также Ва, Ra, элементы подгрупп V и Сr кристаллизуются в объемно-центрированной кубич. решетке типа a-Fe. Плотнейшая кубич. упаковка (гранецентрированная кубич. решетка) типа Си характерна для Al, Ni, металлов подгруппы Сu, платиновых металлов (кроме Ru и Os) и т. д. В гексагoн. плотнейшей упаковке типа Mg кристаллизуются Be, Са, Sr, Zn, Cd, Co, Ru, Os, элементы подгрупп Ti и Sc, мн. РЗЭ. Более сложными являются структуры разл. модификаций Мn, Ра, U, трансурановых элементов.

Многие металлы претерпевают при изменении т-ры или давления полиморфные превращения. Металлы, к-рые при низких т-рах образуют плотнейшие упаковки, напр. Са, La, Zr, часто имеют высокотемпературные модификации с объемноцентрированной кубич. структурой.

При плавлении металлы сохраняют свои электрич., тепловые и оптич. св-ва. Вблизи т-ры плавления в жидких металлах наблюдается примерно такой же ближний порядок, как и в кристаллических металлах. С повышением т-ры ближний порядок нарушается вплоть до полного разупорядочения.

Физические свойства. Физ. св-ва металлов меняются в очень широких пределах. Так, т-ра плавления изменяется от – 38,87 °С (Hg) до 3380 °С (W), плотность – от 0,531 г/см 3 (Li) до 22,5 г/см 3 (Os). Уд. электрич. сопротивление р при 25 °С имеет значения от 1,63 (Ag) до 140 (Мn) мкОм . см. Сопротивление движению электронов (рассеяние электронов) возникает вследствие нарушения кристаллич. решетки из-за теплового движения атомов, а также дефектов (вакансий, дислокаций, примесных атомов). Мерой его является длина своб. пробега электрона. При комнатной т-ре она равна

10 -6 см у металлов обычной чистоты и

10 -2 см у высокочистых. Температурный коэф. р (в интервале 0-100°С) меняется в пределах 1,0 . 10 -3 (Hg)-9,0 . 10 -3 К -1 (Be). При гелиевых т-рах (4,2 К) р практически не зависит от т-ры (r ост ). Его измерение используют для характеристики чистоты и совершенства кристаллов металла. Чем больше отношение r 273 /r 4,2 , тем чище металл. В монокристаллах высокой чистоты оно достигает 10 4 -10 5 . Нек-рые металлы при низких т-рах становятся сверхпроводниками, при этом критич. т-ра у чистых металлов от сотых долей до 9 К.

У металлов наблюдается термоэлектронная эмиссия (способность испускать электроны при высокой т-ре). Эмиссия электронов возникает также под действием электромагн. излучения в видимой и УФ областях спектра (фотоэлектронная эмиссия), внеш. электрич. поля высокой напряженности (туннельная, или автоэлектронная, эмиссия), при бомбардировке пов-сти металлов электронами (вторичная электронная эмиссия) или ионами (ионно-электронная эмиссия), при взаимод. пов-сти металла с плазмой (взрывная электронная эмиссия). Перепад т-ры вызывает в металлах появление электрич. тока (термоэдс).

Теплопроводность металлов обусловлена в осн. движением электронов, поэтому уд. коэф. теплопроводности () и электрич. проводимости (s) металлов связаны между собой соотношением/(s•Т) = L = 2,45•10 -8 Вт•Ом/К 2 (закон Виде мана-Франца). Уд. коэф. теплопроводности металлов имеет значения от 425 (для Ag) до 8,41 (для Bi) Вт/(м-К).

Температурный коэф. линейного расширения металлов в интервале 0-100°С имеет значения от 4,57 . 10 -6 (для Os) до 10 -4 K -1 (для Sr). Согласно эмпирич. правилу Грюнайзена, относит. увеличение объема металла в интервале от О К до т-ры плавления приблизительно равно 0,06. Поэтому температурный коэф. объемного расширения у тугоплавких металлов меньше, чем у легкоплавких.

У большинства металлов магн. восприимчивость по абс. величине сравнительно мала (

10 -9 ) и слабо зависит от т-ры. Среди металлов есть диамагнетики, напр. Bi (= — 1,34 . 10 -9 ), и парамагнетики, причем все переходные металлы, кроме металлов I и II гр., парамагнитны. Нек-рые из них при т-рах точки Кюри переходят в магнитно-упорядоченное состояние. Металлы триады Fe, а также Gd и нек-рые др. лантаноиды – ферромагнетики, тогда как Сr, Мn, большинство лантаноидов-антиферромагнетики.

Излучения оптич. диапазона почти полностью отражаются пов-стью металлов, вследствие чего они непрозрачны и обладают характерным металлическим блеском (порошки мн. металлов матовые). Нек-рые металлы, например Аu в виде тонкой фольги, просвечивают. Отраженный от поверхности металлов плоскополяризованный свет становится эллиптически поляризованным.

Для использования металлов в качестве конструкц. материалов важнейшее значение имеет сочетание мех. св-в – пластичности и вязкости с значит. прочностью, твердостью и упругостью. Эти св-ва зависят не только от состава (чистоты металла), но и от совершенства кристаллич. решетки (наличия дефектов) и структуры, определяемых предварительной термич. и мех. обработкой образца.

Мех. св-ва реальных металлов определяются наличием дефектов, в первую очередь дислокаций, т. к. перемещение дислокаций по плоскостям кристаллич. решетки с наиб. плотной упаковкой является осн. механизмом пластич. деформации металлов. Взаимод. дислокаций с др. дефектами увеличивает сопротивление пластич. деформации. В процессе деформации число дислокаций растет, соотв. растет и сопротивление деформации (деформац. упрочнение, или наклеп). Напряженное состояние и наклеп после деформации ликвидируются при отжиге. Рост напряжений в местах “сгущения” дислокаций вызывает зарождение трещин – очагов разрушения. Важнейшая характеристика мех. св-в металлов-модуль упругости Е (модуль Юнга). Предел текучести, т. е. сопротивление пластич. деформации, 10 -3 -10 -4 Е.

Химические свойства. Металлы обладают низкими значениями первого потенциала ионизации и сродства к электрону. Вследствие этого в хим. р-циях они выступают как доноры электронов (восстановители), а в соед. и их р-рах образуют положительно заряженные ионы (в большинстве случаев аквакатионы). Электроотрицательности атомов металлов ниже электроотрицательностей атомов неметаллов. Металлы могут входить в состав сложных анионов, напр. МnО – 4 , или ацидокомплексов, напр. [Fe(CN) 6 ] 4- , однако в них атомы металлов всегда являются центрами положит. заряда. Только для нек-рых металлов, находящихся на границе с неметаллами, таких, как Sn, Po, Sb и т.п., известны соед., напр. гидриды, в к-рых металлы имеют формально отрицат. степень окисления. Но во всех этих соед. хим. связь ковалентная.

Способность металлов к окислению меняется в очень широких пределах. Большинство металлов окисляется кислородом воздуха уже при обычной т-ре, однако скорость и механизм р-ции очень сильно зависят от природы металлов. В большинстве случаев при этом образуются оксиды, а у щелочных металлов, кроме Li,-пepоксиды. Устойчивость металлов на воздухе определяется св-вами образующегося оксида, в частности отношением молярных объемов V окс /V M. . Если V окс /V М > 1, на металлах образуется защитная пленка, предохраняющая металлы от дальнейшего окисления. Такая пленка характерна, напр., для Al, Ti, Сr, к-рые устойчивы на воздухе, хотя и обладают высокой активностью. Металлы, для к-рых это отношение меньше 1 (напр., щелочные), на воздухе неустойчивы.

С N 2 реагирует ряд металлов, напр. Li при обычной т-ре , a Mg, Zr, Hf, Ti-при нагревании. Мн. металлы активно взаимод. с Н 2 , галогенами, халькогенами. Все металлы, чьи стандартные электродные потенциалы отрицательнее, чем —0,413 В, окисляются водой с выделением Н 2 . Щелочные и щел.-зем. металлы реагируют с водой при обычных т-рах, а такие металлы, как Zn или Fe, реагируют с водяным паром при высоких т-рах. С р-рами щелочей взаимод. металлы, образующие р-римые анионные гидроксокомплексы (Be, Zn, Al, Ga, Sn).

Большинство металлов окисляется теми или иными к-тами. Металлы, имеющие отрицат. стандартные электродные потенциалы, т.е. стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода, окисляются ионами Н + и растворяются поэтому при действии неокисляющих к-т (соляная или разб. H 2 SO 4 ), если не образуются нер-римые продукты. Р-ции способствует образование анионных комплексов. Азотная к-та, даже разбавленная, окисляет мн. металлы. При этом, если ионы металлов устойчивы в низших степенях окисления, образуются ка-тионные комплексы, если в высших, как в случае, напр., Re,-анионные (ReO – 4 ). Нек-рые металлы реагируют с разб. HNO 3 и H 2 SO 4 с образованием катионных комплексов и пас-сивируются в конц. р-рах этих к-т. Для растворения малоактивных металлв, напр. Аu или Pt, используют смеси, содержащие окислитель и поставщик лигандов для образования р-римых комплексов, таких, как, напр., царская водка или смесь HNO 3 с HF.

О взаимод, металлов со средой, ведущем к разрушению металлов, см. в ст. Коррозия металлов.

Важная характеристика металлич. элементов-их способность образовывать основные оксиды и соотв. гидроксиды. У металлов главных подгрупп периодич. системы основность оксидов и гидроксидов растет сверху вниз, в побочных подгруппах (кроме I – III) – обратная зависимость. По периодам и рядам с ростом порядкового номера элемента основность убывает. У металлов, имеющих неск. степеней окисления, как d- и f-металлы, с ростом степени окисления основность оксидов уменьшается и высшие оксиды имеют кислотный характер.

Получение металлов. Извлечение металлов из прир. сырья и др. источников – область металлургии. Можно отметить двоякий характер технологии металлов. Технология железа, тяжелых цветных металлов, а также малых металлов и большинства рассеянных элементов (халькофильных элементов) имеет “металлур-гич.” характер. Это означает, что конечный продукт получают без предварит. выделения к.-л. чистого соединения, что обусловлено сравнит. легкостью восстановления до металлов как пирометаллургич. (см. Пирометаллургия), так и гидроме-таллургич. (электролиз р-ров, цементация и т.п.; см. Гидрометаллургия)путем.

Иной характер имеет технология легких, а также редких металлы (литофильных элементов). Это связано с трудностями их получения в своб. состоянии. Для этих металлов технология разбивается четко на два этапа – получение чистого соед., напр. Аl 2 О 3 , и получение металла из этого соединения. Сами металлы в произ-ве их соед. обычно не используют. Поэтому можно сказать, что технология этих металлов имеет более “химический” характер.

Способность металлов к взаимному растворению с образованием при кристаллизации твердых растворов и интерметал-лидов, разнообразным фазовым превращениям дает возможность получения большого числа сплавов, отличающихся разл. структурой и самыми разнообразными сочетаниями св-в. В совр. технике применяют св. 30 000 разл. сплавов – легкоплавких и тугоплавких, очень твердых и пластичных, с большой и малой электрич. проводимостью, ферромагнитных и др. В сплавах ныне используют практически все известные металлы (кроме искусственно полученных трансплутониевых элементов). Мера использования в значит. степени определяется доступностью металла-содержанием в земной коре, а также степенью концентрирования в месторождениях и трудностью получения. Использование сплавов (бронзовый век) было одним из важнейших этапов становления человеческой цивилизации. И в настоящее время сплавы-важнейшие конструкционные материалы. В последние годы наблюдается тенденция нек-рого снижения роли железа и увеличение использования легких металлов (Al, Mg) и наиб. доступных редких металлов (Ti, Nb, Zr).

===
Исп. литература для статьи «МЕТАЛЛЫ» : Пирсон У., Кристаллохимия и физика металлов и сплавов, пер. с англ., ч. 1-2, М., 1977; Уманский Я. С., Скаков Ю.А., Физика металлов. Атомное строение металлов и сплавов, М., 1978; Бернштейн М. Л., Зай-мовский В. А., Механические свойства металлов, 2 изд., М., 1979; Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Липецкий Я. Л., Физические свойства металлов и сплавов, 2 изд., М., 1980; Баррет Ч. С., Массальский Т. Б., Структура металлов, пер. с англ., ч. 1-2, М., 1984; Гуляев А. П., Металловедение, 6 изд., М., 1986; Зайцев Б. Е., Общие физические и химические свойства металлов, М., 1987; Пекшева Н. П., Химия металлов, Красноярск, 1987; Абрикосов А. А., Основы теории металлов, М., 1987; Бобылев А. В., Механические и технологические свойства металлов, 2 изд., М., 1987. П. И. Федоров.

Страница «МЕТАЛЛЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Поковки стальные и их виды

Поковка – это такое изделие или заготовка (промежуточное звено в производстве какой-либо детали, оборудования), изготавливаемое из стали прочных марок, применение которого широко распространено во многих отраслях промышленности, автомобилестроении, сельском хозяйстве. Особенностью такой заготовки является ее схожесть про форме и размеру с будущим изделием. Такие свойства этих изделий, как прочность, гибкость, износостойкость сделали их незаменимыми составляющими элементами в производстве различных деталей.

Процесс производства стальных поковок

Сегодня многие предприятия, занимающиеся реализацией поковок, имеют свои сталелитейные цеха, оснащенные современным высокотехнологичным оборудованием.

Сырье для производства таких изделий специалисты тщательно подбирают с учетом их будущей сферы эксплуатации. Они выявляют, каким нагрузкам в будущем будет подвергаться деталь, в какой среде эксплуатироваться. После обработки полученной информации подбираются наиболее подходящие для конкретных условий эксплуатации марки стали.

Изготавливают стальные поковки строго в соответствии с техническими параметрами, которые регламентируются ГОСТ 8479-70, ГОСТ 7505-83, ГОСТ 25054-81, ГОСТ 7829-70 и др.

Стандарты предъявляют особые технические требования к весу, форме, составу (марке стали) изделия, а, также, к методам проведения исследований, проверок изделий на прочность и другие параметры.

В настоящее время используют два способа производства стальных поковок:

1. Метод свободной (кузнечной) ковки. В данном случае форма заготовки шлифуется посредством многократно наносимых ударов. Изделие может производится холодным или горячим способом, когда заготовка предварительно нагревается.

2. Метод штамповки. Такой способ характеризуется равномерным давлением на первичную заготовку, в результате чего формируются все поверхности модели. Этот способ изготовления наиболее приемлем, потому что исключает растекание металла. А качество готового изделия будет зависеть только от свойств штампа.

Сейчас производители реализуют свой товар и через интернет-сайты, где могут рассказать о достоинствах своей продукции, этапах и методах ее производства. Например, подробнее о стальных поковках можно узнать тут: http://vladresurs.ru/.

В зависимости от входящих в состав элементов, стали различаются по маркам. В производстве заготовок используют разные марки, исходя из этого они подразделяются на разные виды.

Виды поковок и их основное назначение

Поковки углеродные

Производятся из специальных видов углеродистой стали, которые отличаются особой прочностью. Свойство прочности отмечается на изделии цифрой после букв «КП». Выбирать марку стали и предел прочности для этих изделий может заказчик. Такие заготовки с успехом применяются в строительстве, для изготовления конструкций из арматуры, используются в металлургической, нефтехимической, промышленности, поставляются на краностроительные и подшипниковые заводы.

Поковки прессовые

Такие заготовки производят методом штамповки посредством пресса. Данный вид особо часто встречается в машиностроении, горнодобывающей и нефтехимической промышленности и других сферах.

Поковки молотовые

Производятся с помощью кузнечного молота, кувалды. Обладают улучшенные показателями твердости и гибкости. Также широко применимы в автомобилестроении и разных сферах промышленности.

Поковки нержавеющие

Эти поковки, изготовленные из однородной по структуре, чистой нержавеющей стали востребованы в электропромышленности, судостроении. Размеры данной группы заготовок могут исчисляться в тоннах. Они применяются для производства турбин, валов.

Поковки легированные

Производятся из специальной (легированной) стали, состав которой наделяет будущее изделие дополнительными веществами: марганцем, никелем, кремнием, кобальтом, хромом и др. Поэтому, в отличие от других видов, такие поковки обладают дополнительными свойствами.

Входящие в состав этой стали элементы, способны придавать заготовке особые качества: повышенную твердость, устойчивость к коррозии и т.д.

Поковки инструментальные

Этот вид поковок изготавливаются из углеродистой и/или легированной стали. Основная область применения – изготовление инструментов высокой точности и прочности. Выпускаются такие заготовки в виде фрез, оправок и других форм. Такие поковки нашли свое применение в сельском хозяйстве, как комплектующие для тракторов и сельхозорудий, и других сферах.

Конфигурации поковок

В зависимости от области применения, поковки различаются по внешнему виду, и бывают:

– круглой формы и круглой формы с уступами (в виде дисков, дисков без отверстий и с отверстиями, валов, колец и др.);

– прямоугольного сечения (в виде бруса, куба, цилиндра, плит).

При покупке стальных поковок необходимо отталкиваться от оттого, в каких условиях они будут эксплуатироваться. В зависимости от этого, заказчик может устанавливать свои определенные требования к продукции в плане выбора марки стали, размера, веса и конфигурации. Современные производители четко следуют всем инструкциям клиента и стараются максимально удовлетворить его требования, поставляя качественный сертифицированный товар по низким ценам.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Информация о поковках: методы изготовления, критерии качества, технология производства

Что такое поковки?

Поковка представляет собой промежуточную заготовку или готовое изделие из металла или сплава, которое получают путем ковки или объемной горячей штамповки. Поковки используются в различных отраслях промышленности и служат для минимизации издержек при обработке деталей за счет уменьшения стружки, количества операций и сокращения затраченного времени. Максимальное соответствие поковки помогает сэкономить средства на ее последующую обработку. В зависимости от вида сечения различают поковки следующих видов: квадратные, круглые, прямоугольные, многоугольные.

Методы производства поковок

По методу изготовления поковки делятся на:

  • кованые — изготавливаются с помощью кувалд, молотов и многотонных прессов. Данный способ повышает пластичность металла, однако точность форм и размеров поковок уступает штампованным заготовкам;
  • штампованные — производятся в штампе путем деформации металла в форму.

Существует 2 метода штамповки:

  1. горячий — требует предварительного нагревания металла, что помогает получить необходимую форму заготовки за счет придания металлу пластичности и эластичности;
  2. холодный — выполняется без нагрева металла.

Штамповка позволяет производить сразу несколько поверхностей заготовок с точными размерами и гладкой и ровной поверхностью. Это позволяет значительно снизить расходы на материал и увеличить производительность.

От чего зависит качество поковок?

При изготовлении поковок необходимо уделить особое внимание соблюдению требований технологического процесса, что поможет избежать дефектов заготовок. Одной из причин получения бракованных изделий является применение некачественных материалов.

Кроме того, несоответствие температурных режимов при нагреве, неправильное использование методов ковки, применение неисправных инструментов также может негативно отразиться на качестве поковки. В результате могут возникнуть такие дефекты как трещины, внутренние разрывы, расслоение, складки, вмятины, раковины.

После прохождения всех этапов обработки металлические поковки подлежат проверке контроля качества, которое должно соответствовать технологическим нормам и стандартам. Дефекты могут быть как исправимыми, так и неисправимыми.

  • К исправимым дефектам относятся небольшие трещинки, складки, нажимы и малый перегрев, которые подлежат устранению.
  • Неисправимыми дефектами считаются глубокие поперечные и продольные трещины, рыхлость, значительный перегрев и неметаллические включения. Такие поковки непригодны для дальнейшего применения и поэтому сразу бракуются.

Технология производства поковок

Технология производства поковок состоит из следующих этапов:

  1. выбор метода изготовления;
  2. объем партии деталей;
  3. размер и масса поковки;
  4. технологические свойства материала;
  5. форма детали (геометрия).

Рассмотрим каждый из них более подробно.

1. Выбор метода изготовления. В некоторых случаях лишь применение нескольких методов обработки позволяет обеспечить максимальное соответствие технологических и эксплуатационных требований, предъявляемых к заготовки. Поэтому выбор того или иного способа является довольно-таки сложной задачей, которая требует учета сразу нескольких факторов, в том числе технико-экономических параметров. Таким образом, при подборе способа производства первоначально следует учесть самые основные критерии:

  • объем партии деталей
  • размер и масса поковки
  • технологические свойства материала
  • форма детали (геометрия).

2. Объем партии деталей. В мелкосерийном и единичном производстве при изготовлении деталей небольшими партиями следует применять ковку, поскольку использование специальной технологической оснастки приведет к увеличению себестоимости поковки. В данном случае неизбежны значительные припуски и большой объем дальнейшей обработки методом резания. Для получения заготовок с максимально точными размерами и наименьшими напусками необходимо использовать дополнительную оснастку, что значительно повышает затраты при производстве небольшого объема деталей.

В серийном производстве наиболее целесообразно использовать разные методы штамповки на молотах и прессах.

При крупносерийном или массовом производстве рекомендуется применять штамповку на прессах с выносом отдельных формоизменяющих операций на специальное оборудование.

3. Размер и масса поковки. Размеры заготовок зависят от технических параметров используемого оборудования и инструментов. От выбранных габаритов и массы изделия зависит выбор температурного режима при обработки давлением. При больших размерах и массе поковки рекомендуется применять деформацию с нагревом, которая обеспечивает наименьшее давление на инструмент и меньше сила деформирования. При небольших размерах лучше всего использовать холодное деформирование ввиду экономичности такого способа, поскольку 15-20% производственных затрат идет на нагрев.

4. Технологические свойства материала. Сложность изготовления качественной поковки зависит от пластичности металла или сплава. Если необходимо произвести поковку из материалов, которые с трудом подвергаются деформации, то следует выбирать метод, обеспечивающий схему нагружения, близкую к трехосному неравномерному сжатию.

Стойкость материала к деформации определяет нагрузки, которые возникают на инструменте. По этой причине для деформирования материалов с высоким сопротивлением необходимо выбирать схемы штамповки с меньшими силами деформирования.

Также это следует учитывать при подборе метода холодной объемной штамповки, при которой к технологической пластичности и сопротивлению к деформации металлов. Особенность таких процессов заключается в высоком давлении пластического течения материала и низкой пластичности в холодном состоянии. Для объемной штамповки применяют заготовки низкоуглеродистых и среднеуглеродистых, некоторых низколегированных сталей, а также пластичных алюминиевых и медных сплавов.

5. Форма детали (геометрия). От формы детали зависит выбор оптимального метода изготовления поковки. Поковки, произведенные горячей штамповкой по соотношению линейных размеров в плане делятся на: круглые в плане, близкие к кругу по форме, с удлиненной осью, с изогнутой осью и др., а также по наличию сквозных или глухих полостей и по другим признакам.

Компания «Владресурс» занимается реализацией поковок с 2003 года и на сегодняшний день поставляет продукцию во все регионы России. Мы сотрудничаем с крупными производителями и поставщиками, которые хорошо зарекомендовали себя на рынке делового металла. Мы заботимся о том, чтобы сотрудничество с нашими партнерами было взаимовыгодным и привело к прочным и доверительным отношениям.

Если у Вас возникли вопросы и Вы хотите заказать металлические поковки, то обращайтесь к нам онлайн или по телефонам +7 (4922) 44-77-24 и 49-40-75. Опытные менеджеры предоставят необходимую информацию и помогут оформить заявку.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: