Металтану жне термиялык өндеу

МЕТАЛТАНУ ЖНЕ  ТЕРМИЯЛЫҚ ӨҢДЕУ

ЛЕКЦИЯ 1

Кіріспе

Металтану  – металдар және қорытпалардың құрамы мен олардың қасиеттерінің арасындағы байланысты және олардың сыртқы факторлардың (жылулық, химиялық, электрмагниттік және радиоактивтік)  әсерінен өзгеру заңдылықтарын зерттейтін ғылым.

Алғаш рет болаттың құрылысы мен қасиеттерінің арасындағы байланыс барын П.П.Аносов ашқан (1799-1951жж., 1834 ж. металдардың құрылысын зерттеуде микроскопты пайдаланған).

1868 ж. Д.К.Чернов болатта қатты күйінде белгілі температураға дейін  қыздырғанда (суытқанда) оның қасиеттерін күрт өзгертетін фазалық өзгерістер болатынын көрсетті.

Металтанудың дамуына металдарды зерттеуде физика-химиялық әдістерді қолданған Н.С.Курнаковтың еңбектері зор ықпал жасады.

Барлық металдар мен қорытпаларды екі топқа бөліге болады: қара және түсті.

Темір және оның негізіндегі қорытпаларды  (болат, шойын) қара металдарға, ал басқа металдар мет қорытпаларды  түсті деп атайды.  

Қара металдар кең қоланыс тапқан. Темірдің негізінде барлық конструкциялық және саймандық материалдардың 90% жасалады. Түсті металдарға қарағанда темірдің және оның қорытпаларының бағасы төмен. Түсті металдар қасиеттері бойынша жеңіл  (Be,Mg,Al,Ti); жеңіл балқитын (Zn,Cd, Sn, Sb, Hg, Pb, Bi); қиынбалқитын  (Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, W, V ж.б.), балқу температурасы темірдікінен жоғары; асыл (Rh, Pd, Ag, Os, Pt, Au ж.б.), урандық  металдар (U, Th, Pa) – актиноидтар, атом техникасында пайдаланатын; сирекжер металдар  (РЗМ), лантаноидтар (Ce, Pr, Nd, Sm ж.б.) және оларға ұқсас  , әртүрлі қортпаларға түртпе ретінде қоланылатын иттрий мен скандий; сілтілік  металдар (Li, Na, K), атомдық реакторларда жылу тасымалдағыш ретінде пайдаланылады.

1 МЕТАЛДАРДЫҢ КРИСТАЛДЫҚ ҚҰРЫЛЫСЫ

1.1 Металдардың жалпы сипаттамасы

Қазіргі кезде белгілі 109 элементтің 76 металдар. Қатты және кейде сұйық күйінде металдардың өзіндік қасиеттері бар:

1. жоғары жылу- және электрөткізгіштік;
2. электркедергісінің температуралық коэффициенті оң, температураны көтергенде таза металдардың электр кедергісі артады;
3. термоэлектрондық эмиссия, яғни қыздырғанда электрондар шығару қабылеттілігі;
4. жақсы шағылыстырғыштық қабылеттілігі. Металдар мөлдір емес, металдық жарқылы бар;
5. пластикалық деформацияға қабылеттілігі жоғары.

Осы қасиеттер заттың металдық күйін сипаттайды.

Барлық металдар мен металдық  қорытпалар – кристалдық денелер, атомдар (иондар) металдарда белгілі заңдылықпен орналасқан.

Металдар көп кеңістікте кездейсоқ  бағытталған  ұсақ  (10-1 – 10-5 см) кристалдардан тұрады. Кристалдану жағдайына байланысты оларды пішіні дұрыс емес, оларды кристаллиттер немесе түйіршіктер деп атайды.  

Металдардың барлық өзіне тән  қасиеттері  оларда еркін қозғалатын ортақ өткізу электрондарының болуымен түсіндіріледі.

Металл атомдарының сыртқы энергетикалық деңгейінде ядромен байланысы әлсіз аздаған электрондар бар, олар салыстырмалы бос жағдайда болады да электрондық газ түзеді.

Атомдар бірлестігінде металдық күй жеке атомдар бір-бірімен жақындасқанда  сыртқы электрондардың байланысы үзіліп ортақ болуының нәтижесінде, яғни периодты орналасқан атомдардың арасында еркін қозғалуының  нәтижесінде түзіледі.

Металдарда металдық байланыс күші тондар мен электрондардың арасындағы тарту және тебу күштері арқылы айқындалады және бағытталған     емес. Атомдар (иондар) бір-бірімен олардың әрекеттесу энергиясы минималды болатын қашықтықта орналасады (1-ші сурет).

[pic 1]

1-ші сурет. Атомаралық қашықтыққа байланысты екі атомның әрекеттесу күштері.

Атомдардың (иондардың) а0 қашықтықтан кем жақындату немесе одан артық қашықтыққа аластату тек тарту және тебу күштеріне қарсы жұмыс жүргізенде ғана мүмкін болады. Осыған байланысты металдарда  атомдар, дұрыс кристалдық тор құрып,  белгілі заңдылықпен орналасады, атомдардың әрекеттесу энергиясының минималды шамасында.