Привет студент

Так как свойства металлов и сплавов определяются не только их химическим составом, но также и структурой и так как всякое структурное изменение в них происходит при соответствующей температуре, то для изучения, свойств металлов и сплавов важно знать их критические точки.

Ввиду того что законы равновесия между фазами, которым подчиняются сплавы и растворы солей в воде, аналогичны, изучение явлений, происходящих при охлаждении сплавов, удобно начинать с изучения явлений, происходящих при охлаждении соляных растворов.

Построим кривые охлаждения для растворов поваренной соли в воде с содержанием соли 0; 10; 15; 23,5 и выше 23,5% и сгруппируем их на одной диаграмме (фиг. 63).

Кривая I представляет собой уже известную нам кривую охлаждения чистой воды,ее критическая точка 0°; при этой температуре начинается и заканчивается процесс кристаллизации воды. Кривая II изображает изменения температур с течением времени при охлаждении соляного раствора, содержащего 10% NaCl; рассматривая эту кривую, видим, что изменение направления кривой происходит не при 0°, а только при — 8° (точка А кривой II), после чего кривая принимает несколько более пологое, чем на вышележащем участке, направление. Когда температура опустится до —22°, произойдет температурная остановка (участок ВС кривой II). Исследуя физическую сторону явления, можно убедиться в том, что, начиная от точки А до точки В кривой ll, из соляного раствора выделяются кристаллы

льда, и концентрация раствора, постепенно повышаясь, доходит до 23,5% В течение времени, равного участку ВС кривой II, при температуре —22° происходит кристаллизация и воды и соли одновременно, при этом концентрация жидкого маточного раствора сохраняется в течение всего времени замерзания постоянной.

При определенном химическом составе свойства сплава определяются его структурой, а структура в свою очередь определяется характером обработки, которой был подвергнут сплав.

Свойства сплавов устанавливают лабораторным испытанием. Структуру сплава определяют по виду излома или травленого шлифа под микроскопом, а также исследуют рентгеновским методом.

Изучая одновременно свойства сплава и его структуру и зная, какой термической или механической обработке подвергался изучаемый сплав, можно установить для каждого сплава зависимость между его свойствами, структурой и обработкой. Когда такая зависимость установлена, можно по свойствам образца сплава определенного химического состава сделать выводы относительно его структуры и обработки, которой образец подвергался; или же, установив структуру образца сплава определенного химического состава, можно определить его свойства и обработку. Эта зависимость лучше всего может быть выражена графически в виде соответствующих диаграмм. Особенно плодотворным оказывается применение графического метода при изучении зависимости между химическим составом сплава, его структурой и термической обработкой.

Если при затвердевании сплав образует смесь кристаллов чистых компонентов, то на рентгенограмме сплава можно видеть пятна, свидетельствующие о наличии в сплаве кристаллических решеток, свойственных каждому из компонентов.

В случае, когда сплав представляет собой химическое соединение его компонентов, кристаллическая решетка сплава может быть: 1) либо обычно очень сложной, составленной молекулами самого химического соединения; схематическая картина такой решетки представлена на фиг. 56; здесь атомы разных компонентов представлены белыми и черными кружками; такую решетку называют молекулярной; 2) либо составленной из атомов отдельных компонентов, занимающих определенные места в решетке и представленных в определенных количественных отношениях; схема такой решетки (соединение NiAl) показана на фиг. 57.

Сплавами называются материалы, получаемые при взаимном проникновении металла в металл или металла в неметалл, если эти материалы обладают характерными для металла свойствами. В качестве примеров сплава можно указать сталь — сплав железа с углеродом, бронзу — сплав меди с оловом.

Так как чистые металлы в большинстве случаев мало пригодны для технических целей и так как внесение в металлы примесей (в виде других  металлов или металлоидов) сильно изменяет их свойства, то преимущественно употребляют не чистые металлы, а их сплавы с другими веществами. Останавливаясь на приведенных примерах сплавов, можно отметить, что ни чистое железо, ни чистая медь в подавляющем большинстве случаев не в состоянии удовлетворить требованиям, предъявляемым к металлам современной техникой. Чистое железо, например, по причине своей мягкости непригодно для изготовления множества предметов, начиная от иглы и кончая рельсом, а чистую медь по той же причине, а также вследствие легкой окисляемости нельзя применять для изделий, изготовляемых из бронзы.

Свойства металлов обусловливаются характером элементарных частиц, из которых состоит тот или другой металл, расположением этих частиц в пространстве и их взаимодействием. Таким образом, при одном и том же химическом составе всякое изменение в структуре металла должно сопровождаться изменением его физических свойств. Если подвергается изменению и химический состав вещества, обладающего характерными для металла признаками, то изменения в свойствах могут быть еще значительнее. Например, полоса стали с содержанием углерода 0,5% будет иметь один и тот же химический состав до и после закалки, между тем ее структура и свойства после закалки изменятся. Если произвести закалку подобной же стальной полосы, но с содержанием углерода 0,7%, то результат закалки будет уже иной.

О структуре (строении) металлов можно получить представление прежде всего по виду излома, наблюдаемого невооруженным глазом; структура, наблюдаемая невооруженным глазом или с увеличением не больше чем в 10 раз, называется макроструктурой.

Более подробно можно рассмотреть структуру металла в микроскоп. Начало применения микроскопа при изучении строения металлов было положено в 1831 г. инженером одного из уральских заводов П. П. Аносовым. Так как металлы непрозрачны, то под микроскопом их можно рассматривать только в отраженном свете. Для получения ясного изображения рассматриваемой под микроскопом поверхности необходимо, чтобы все точки ее находились на равном расстоянии от объектива, поэтому поверхности рассматриваемых под микроскопом металлов подвергают шлифованию. Однако рассматривая такой шлиф под микроскопом, трудно заметить подробности его структуры. Подвергая шлиф воздействию разъедающих жидкостей, действующих различно на цельную поверхность зерна и на поверхности соприкосновения зерен (границы зерен), мы получим в результате такой обработки (травления) под микроскопом отчетливую картину слегка рельефной поверхности. Если травлению подвергнуть шлиф сплава, то картина делается еще более сложной, так как обычно на различные структурные составляющие сплава травитель действует не только в разной степени, но и придает им различную окраску. Строение металла, наблюдаемое под микроскопом, называется микроструктурой.

Алюминий по его содержанию в земной коре занимает первое место среди металлов. Впервые алюминий был получен только в 1825 г.

Важнейшей алюминиевой рудой являются бокситы.

Бокситы встречаются во многих странах; главнейшие месторождения бокситов в России находятся на Урале и в Ленинградской области.

Возникновение алюминиевой промышленности в России относится к 80-м годам минувшего столетия; на первом русском заводе, как и всюду за границей, алюминий добывался химическим способом. Этот способ был дорог и мало производителен. Начало развития в России алюминиевой промышленности с применением современного электролитического метода получения алюминия относится к 1932 г.

В настоящее время отечественная алюминиевая промышленность вышла на одно из первых мест в мире.

Самородная медь встречается очень редко; из руд меди наиболее известны:

1)    Медный колчедан (CuFeS₂), содержащий 34,6% Сu; 30,5% Fe и 34,9% S.

2)    Медный блеск (Cu₂S), содержащий 79,9% Сu и 20,1% S.

Медный блеск встречается обычно вместе с медным колчеданом.

3)    Куприт или красная медная руда (Cu₂O), содержащая 88,8% Сu.

Куприт встречается всегда только с примесью сульфидных руд.

4)    «Блеклые» медные руды, представляющие собой сложные химические соединения меди с мышьяком, серой, железом, цинком, сурьмой, серебром.

Получение железа непосредственно из руды вполне возможно теоретически и может быть легко осуществимо в лабораторных условиях; поэтому задачей металлургов было отыскать способ непосредственного получения железа из руды в промышленном масштабе.

Такие способы в настоящее время найдены и начинают применяться.

Железо, полученное непосредственно из руды, иногда называют губчатым железом, а способ его получения — прямым или бездоменным способом.

Делаются попытки применять бездоменный способ получения железа в заводском масштабе в России, Швеции, Норвегии, Германии, Англии и США. Все известные в настоящее время способы прямого получения железа можно разделить на две группы: 1) способы, при которых железо получают воздействием на руду газообразного восстановителя, и 2) способы, при которых применяют твердый восстановитель.

В качестве газообразных восстановителей применяют окись углерода и водород; взаимодействие их с рудой может быть выражено уравнениями

Разливка стали в слитки, предназначаемые для дальнейшей обработки в горячем состоянии при помощи прокатки или ковки, производится при посредстве разливочного ковша (фиг, 27).

Ковш изготовляют из толстолистового железа при помощи клепки или сварки с огнеупорной футеровкой внутри.

Сталь выпускают в ковш соответствующей емкости; из мартеновских печей большой емкости сталь выпускают в два ковша.

Из ковша сталь вытекает  через отверстие в днище, в которое вставляют стакан 1 из огнеупорного материала (шамотовый или «графитовый», т. е. с примесью графита к шамоту) с диаметром отверстия 25—40 мм; шамотовый стакан снабжают иногда магнезитовой втулкой. Отверстие закрывают шамотовой или «графитовой» пробкой 2. Пробку 2 прикрепляют к стопорному стержню 3 из круглого железа, защищенному от разъедания жидкой сталью надетыми на него шамотовыми трубками 4. Верхний конец стержня 3 выступает из ковша и при посредстве рычажного приспособления 5, связанного с направляющими, может подниматься и опускаться, открывая и закрывая при этом пробкой 2 выпускное отверстие в стакане 1.