Гуляев А.П. - Металловедение 1986 (Гуляев А.П. - Металловедение), страница 4

По строению электронных оболочек металлы принято разделять на нормальные и переходные. У нормальных металлов внутренние электронные оболочки (уровни) полностью заполнены. К таким металлам относят Иа, Сц, Мд, А(, РЬ и др. У переходных металлов внутренние р и Н оболочки недостроены. Наиболее характерные представители переходных металлов Ре, Рд, Р( н им подобные. Применение металлов определяется нх распространенностью в природе, э в историческом аспекте — рэзвитнем техники.

В табл. 3 повторена «метздэическзя чзстьэ периодической системы. Под символом элементе указывается: дата открытия элемента (выделение металла в более'илн менее чистом виде из соединения в химической либор«торин) — первая строчке н дата промышленного применения — вторая строчка (иногдз две даты: начало применении в чистом виде нли в виде сплава с железом — ферросплава).

Применение метзллов началось с меди, серебра и золоте. Человечество еше не было знакомо с металлургией, способом получения металла из руд, з этн металлы в отличие от других, встречаются в природе в чистом (семородном) виде. Затем начали применять металлы, которые относительно легко восстэнзвзнвэючся (оэово, свинец) нли их достаточно много в природе (железо). Большинство металлов было открыто в Х1Х в., хотя тогдз они не все поэучклн промышленное применение. Содержание металлических элементов в земной яоре представлено нз рнс. 4, который показывает насколько велико рззхнчие в содержзннн резных метвхлов нв нашей планете. В табл. 4 приведены сведения о мировом объеме производства различных металлов.

Действительно, основную долю в изготовлении и применении имеет железо (в в{де его сплава с углеродом — сталь), что свяэзно с рядом причин: мздой стоамостью, нзилучшнмн механическими свойствами, возможностью массового изготовления и большой распространенностью его руд в природе. Стели производится больше, чем всех остальных металлов (спэзвов) вместе взятых. Тэк, если в 1970 г. изготовлено приблизительно б00 мдн.

т мегзлэз (во всем мире), то нв долю стали приходится свыше 560 мдн. т (т. е. более 90 94), э на долю всех остальных метвдиов менее 00 мдн. т (т. е. меньше 1О 44). х Нзпрнмер, теплоноснтехи в атомных реакторах. 1б Т а б а и ц а 3. Даты еткрытвя и начала применения металаов ее витя и и и Объем производства стали — важный показатель технической и экономической моши страны. Без обеспечения в яеобходимом количестве сталью не может развиваться ни одна отрасль промышленности.

По производству стали СССР занимает первое место в мире, на втором — Япония, на третьем — США. До Октябрьской революции (19!3 г.) в России производилось всего лишь 4,2 млн. т стали. Гражданская война и кнтервенция почти остановили производство стали; в !920 г. было выплавлено лишь 200 тыс. т стали.

Начавшийся затем этап восстановления народного хозяйства привел атому, что в 1928 г. был достигнут довоенный уровень. В годы первых пятилеток построены крупнейшие металлургические яомбинаты— Магнитогорский н Кузнецкий и перед войной уже выплавлялось около 18 млн. т стали в год. Начало войны и временная окку- пацяа таких метазлургическнх районов ерд Рпе. Е. Эпмре реопреаекеккк екемектое ° земное коре !6 Т а б л и ц а 4. Мировое производство метвллевз, тыс.

т !аа4 г. газа г. Метала газа гзаа !ага г. 718 000 17 000 9 400 6 200 5 400 760 370 40 ь В частом виде и в сплавах, 0 — производство отсутствует, — — данные от- сутствуагт !7 Железо Маргаыец йлагминий Медь Цинк Снова Нинель Маты нй Вольфрам Молибден Тытаы Сурьма Кадмпй ... Ваыадий Серебро Ниобий . Тантал Золото Платина 4000 0 0 52 80 100 0 0 0 0 0 1О 0 0 0 0 0 0,4 000 200 7 560 550 850 2 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0,6 120 000 3 500 1 000 2 000 1 450 1 800 56 2 !О 2 0 30 0 1 0 0 0.9 437 000 10 000 6 !00 5 760 3 850 3 050 400 150 60 45 30 60 15 1О 4 1 1,2 Т а 5 л и ц а 5. Стонмость матвпвз Оеноснеельнан стоимость Оеноснеельнан сеонмосеь Мееелл Металл страям, как вг Украины н Донбасс, ревко снизвли выпуск стали.

В год окончания войны (1945 г.) изготовлялось лишь!2 мли. т стали, ао к 1948 г. был достигнутдовоенный уровень, в послевоенные годы производство стали непрерывно нарастало и в 1976 г. было выплавлено 145 млн. т. К 1980 г. объем производства стали стабилизировался ва уровне ! 50 млн. т в год, что обеспечивает развитие народного хозяйства сталью при учете постоянного улучаення качества металла и более экономного его расаодования.

Стоимость металла — «иктор возможности н целесообразности его применеяия. В табл. 5 показана относительная стоимость разных металлов (эа единицу принята стоимость железа, точнее простой углеродистой стали). Стоимость 1 кг прояата простой углеродистой стали примерно 20 коп. Данные, приведенные в табл. 5, приблизительны, тзк как ие учтеим яовьвикгурные обстоятельства, вид полуфабриката, степень чистоты металла и ряд других фаиторов. 3. Кристаллическое строение металлов Все вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном, переходы между которыми (так называемые фазовые переходы) сопровождаются скачкообразными изменениями свободной энергии Р (Р = У вЂ” Т$, где (! — внутренняя энергия; Т вЂ” температура; о — энтропия), энтропии, плотности и других физических свойств.

Четвертым агрегатным состоянием часто называют плазму — сильно ионизированный газ (т. е. газ заряженных частиц — ионов, электронов), образующийся прн высоких температурах (свыше )бь К). Однако это утверждение неточно, так как между плазмой и газом нет фазового перехода. Тем не менее, плазма резко отличается от газа прежде всею сильным электрическим взаимодействием ионов н электронов, проявляющимся на больших расстояниях. Реализация того или иного агрегатного состояния вещества зависит главным образом от температуры и давления, при которых оно находится (рнс.

5). Важной характеристикой является отношение !й средней потенциальной энергии взаимодействия атомов Е„к их средней кинетической энергии Еи. Для газов Е„/Е„(( 1, для жидкостей Е4Еи ям 1, для твердых тел Ея1Е'„,р 1. В газах межмолекулярные (атомы в газах объединены в молекулы — О„1)а н т. д.) расстояния большие, молекулы практически не взаимодействуют друг с другом и, свободно двигаясь, заполняют весь возможный объем.

Таким образом, для газа характерно отсутствие собственного объема и формы. т Рнс. 6. Диаграмма состояния вещества в зависимости от давления и температуры Рис. 6. Крнствллнеесная рещетиа (выделена злементарная аверно с параметрами о, Ь, с, а. в, ту Жидкости и твердые тела относят к конденсированному состоянию вещества. В отличие от газообразного состояния у вещества в конденсированном состоянии атомы расположены ближе друг к другу, что приводит к их более сильному взаимодействию и, как следствие этого, жидкости н твердые тела имеют постоянный собст. венный объем.

Для теплового движения атомов в жидкости характерны малые колебания атомов вокруг равновесных положений и частые перескоки из одного равновесного положения в другое. Это приводит к наличию в жидкости только так называемого линейнего порядка в расположении атомов, т. е. некоторой закономерности в расположении соседних атомов на расстояниях, сравнимых с межатомными.

Для жидкости в отличие от твердого тела характерно такое свойство, как текучесть. Атомы в твердом теле, для которого в отличие от жидкого тела характерна стабильная, постоянная собственная форма, совершают только малые колебания около своих равновесных положений. Это приводит к правильному чередованию атомов на одинаковых расстояниях для сколь угодно далеко удаленных атомов, т. е существования так называемого дальнего порядка в расположении атомов. Такое правильное, регулярное расположение атомов в твердом теле, характеризующееся периодической повторяемостью в трех измерениях (рис. 6), образует кристаллическую решетку, а тела, имеющие кристаллическую решетку, называют твердыати телплти. Кроме того, существуют аморфные тела (стекло. воск и т.