7581048033

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.    Właściwości fizyczne, chemiczne, mechaniczne i technologiczne metali i stopów

4.1.1.    Materiał nauczania

Materiały stosowane w budowie maszyn, dzieli się na metale i niemetale (tzw. metaloidy). Różnorodność grup, rodzajów, klas i gatunków materiałów niemetalowych jest znaczna i trudna do sklasyfikowania.

Faza metaliczna, stan metaliczny to postać występowania materii w skondensowanych stanach skupienia tj. stałym i ciekłym, wyróżnianą spośród innych ciał stałych i ciekłych ze względu na swoje specyficzne własności zanikające dopiero po przejściu w stan gazowy reprezentowana jest przez przeważającą większość (ponad 80) pierwiastków chemicznych, które ze względu na ich elektrododatni charakter zalicza się do pierwiastków metalicznych, a także przez niezmiernie rozpowszechnione stopy i fazy międzymetaliczne tych pierwiastków. Faza metaliczna materii właściwa zarówno dla stopów metali, a także związków międzymetalicznych uwarunkowana jest specyficznym charakterem wiązań metalicznych. Charakter ten wynika z budowy zewnętrznych powłok elektronowych pierwiastków elektrododatnich, charakteryzujących się łatwością uwolnienia i uwspólnienia (kolektywizacji) swych elektronów walencyjnych, nazywanych dlatego elektronami swobodnymi. Przejawem osłabionego związania elektronów walencyjnych z jądrem atomu są: niski potencjał jonizacyjny oraz występujący efekt fotoelektryczny i zjawisko emisji elektronów swobodnych w wyższych temperaturach.

Odzwierciedleniem tych stosunków jest również specyficzna struktura krystaliczna metali występujących w warunkach normalnych w stanie stałym (z wyjątkiem rtęci). Charakteryzują się one wśród kryształów gęsto upakowaną strukturą sieci, w której węzły obsadzają wyłącznie dodatnie jony metali, natomiast wspólne dla całej sieci elektrony swobodne znajdują się w pobliżu tych jonów i pozostają w ustawicznym chaotycznym ruchu (tzw. gaz elektronowy). Ze względu na taką budowę metale odznaczają się połyskiem i brakiem przezroczystości, maja duży ciężar właściwy, są bardzo dobrymi przewodnikami ciepła i elektryczności, odznaczają się zarówno dużą sprężystością jak i zdolnością do plastycznych odkształceń wzdłuż płaszczyzn lub kierunków najgęstszego upakowania atomów, a więc do łatwych poślizgów. W odróżnieniu od struktury wewnętrznej większość niemetali, zbudowanych co najmniej z dwóch rodzajów jonów lub jonoidów o przeciwnych znakach, w sieci metalicznej występuje tylko jeden lub kilka rodzajów jonów dodatnich metali.

W metalach o własnościach półprzewodnikowych (np. Ge, Si) występują wiązania o charakterze częściowo metalicznym, a częściowo jonowym, wskutek czego przewodzą prąd elektryczny wyłącznie jednokierunkowo. W tym przypadku ich elektrony walencyjne noszą nazwę elektronów prawie swobodnych. Niektóre metale (np. Fe, Co) wykazują specyficzne właściwości magnetyczne.

Klasyfikacja materiałów metalowych obejmuje:

- metale, czyli czyste pierwiastki metaliczne, do których zalicza się m. in. aluminium, chrom, cynę, cynk, kobalt, magnez, miedź, molibden, nikiel, ołów, platynę, srebro, sód, tytan, uran, wanad, wolfram, złoto, żelazo i inne,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego"

8