Фізичні властивості металів
Химия

Фізичні властивості металів


Тема: Фізичні властивості металів

clip_image002План лекції:

1. Щільність металів.

2. Температура плавлення металів.

3. Питома теплоємність металів

4. Прихована теплота металів

5. Коефіцієнт теплопровідності металів за 20 oЗ

6. Коефіцієнт теплового розширення.

7. Кольори металів

Густина. Це – одна з найважливіших характеристик металів та сплавів. за щільністю метали поділяються на такі групи:

легені (Щільність не більше 5 г/см3) – магній, алюміній, титан та ін.:

важкі — (Щільність від 5 до 10 г/см 3) — залізо, нікель, мідь, цинк, олово та ін. (Це найбільша група);

дуже важкі (Щільність більше 10 г/см 3) – молібден, вольфрам, золото, свинець та ін.

У таблиці 2 наведено значення густини металів. (Це та наступні таблиці характеризують властивості тих металів, які становлять основу сплавів для художнього лиття).

Щільність металів

Метал

Щільність г/см3

Метал

Щільність г/см3

Магній

1,74

Залізо

7,87

Алюміній

2,70

Мідь

8,94

Титан

4,50

Срібло

10,50

Цинк

7,14

Свинець

11,34

Олово

7,29

Золото

19,32

Температура плавлення. Залежно від температури плавлення метал поділяють такі групи:

легкоплавкі (температура плавлення не перевищує 600 oС) — цинк, олово, свинець, вісмут та ін;

середньоплавкі (від 600 oЗ до 1600 oС) – до них відносяться майже половина металів, зокрема магній, алюміній, залізо, нікель, мідь, золото;

тугоплавкі (більше 1600 oС) — вольфрам, молібден, титан, хром та ін.

Ртуть відноситься до рідин.

При виготовленні художніх виливків температура плавлення металу або сплаву визначає вибір плавильного агрегату та вогнетривкого формувального матеріалу. При введенні в метал добавок температура плавлення зазвичай знижується.

Температура плавлення та кипіння металів

Метал

Температура,

Метал

Температура,

плавлення

кипіння

плавлення

кипіння

Олово

232

2600

Срібло

960

2180

Свинець

327

1750

Золото

1063

2660

Цинк

420

907

Мідь

1083

2580

Магній

650

1100

Залізо

1539

2900

Алюміній

660

2400

Титан

1680

3300

Питома теплоємність. Це кількість енергії, необхідне підвищення температури одиниці маси на один градус. Питома теплоємність зменшується зі збільшенням порядкового номера елемента таблиці Менделєєва. Залежність питомої теплоємності елемента у твердому стані від атомної маси описується приблизно законом Дюлонга і Пти:

ma cm = 6.

де, ma – атомна маса; cm – питома теплоємність (Дж/кг * oЗ).

У таблиці 4 наведено значення питомої теплоємності деяких металів.

Прихована теплота плавлення металів. Ця характеристика (таблиця 5) поряд з питомою теплоємністю металів значною мірою визначає необхідну потужність плавильного агрегату. Для розплавлення легкоплавкого металу іноді потрібно більше теплової енергії, ніж тугоплавкого.

Наприклад, для нагрівання міді від 20 до 1133 oЗ потрібно в півтора рази менше теплової енергії, ніж для нагрівання такої ж кількості алюмінію від 20 до 710 oC.

Питома теплоємність металів

Метал

Температура,oЗ

Питома теплоємність, Дж/кг * oЗ

Метал

Температура,oЗ

Питома теплоємність, Дж/кг * oЗ

Магній

0-100
225

1,03
1,18

Цинк

0
св.420

0,35
0,51

Титан

0-100
440

0,47
068

Срібло

0
427

0,23
0,25

Мідь

97,5
Св.1100

0,40
0,55

Олово

0
240

0,22
0,27

Алюміній

0-100
660

0,87
1,29

Золото

0-100
1100

0,12
0,15

Залізо

0-100
1550

0,46
1,05

Свинець

0
300

0,12
0,14

Прихована теплота металів

Метал

Прихована теплота
плавлення, Дж/кг

Метал

Прихована теплота
плавлення, Дж/кг

Свинець

23,2

Мідь

203,7

Олово

60,9

Залізо

277,2

Золото

63,0

Магній

369,6

Цинк

101,6

Алюміній

400,7

Срібло

105,0

Титан

436,8

Теплоємність. Теплоємність характеризує передачу теплової енергії від тієї частини тіла до іншої, а точніше, молекулярної перенос теплоти в суцільному середовищі, обумовлений наявністю градієнта температури. (Таблиця 6)

Коефіцієнт теплопровідності металів при 20 oЗ

Метал

Коефіцієнт теплопровідності, кВт/м* oЗ

Метал

Коефіцієнт теплопровідності, кВт/м* oЗ

Срібло

0,410

Цинк

0,110

Мідь

0,386

Олово

0,065

Золото

0,294

Залізо

0,067

Алюміній

0,210

Свинець

0,035

Магній

0,144

Титан

0,016

Якість художнього лиття тісно пов’язане із теплопровідністю металу. У процесі виплавки важливо як забезпечити досить високу температуру металу, а й домогтися рівномірного розподілу температури в усьому обсязі рідкої ванни. Чим вище теплопровідність, тим більш рівномірно розподілена температура. При електродуговій плавці, незважаючи на високу теплопровідність більшості металів, перепад температури за перерізом ванни досягає 70-80. oЗ, а для металу з низькою теплопровідністю цей перепад може досягати 200 oЗ і більше.

Сприятливі умови для вирівнювання температури створюються при індукційній плавці.

Коефіцієнт теплового розширення. Ця величина, що характеризує зміну розмірів зразка довжиною 1 м при нагріванні oЗ, має важливе значення при емальєрних роботах (таблиця 7)

Коефіцієнти теплового розширення металевої основи та емалі повинні мати по можливості близькі значення, щоб після випалу емаль не розтріскувалася. Більшість емалей, що становлять твердий коефіцієнт оксидів кремнію та інших елементів, мають низький коефіцієнт теплового розширення. Як показала практика, емалі дуже добре триматися на залозі, золоті, менш міцно – на міді та сріблі. Можна вважати, що титан — дуже потрібний матеріал для емальування.

Коефіцієнт теплового розширення металів

Метал

Температура, oЗ

α*10-8oЗ -1

Метал

Температура, oЗ

α*10-8oЗ -1

Титан

27
727

8,3
12,8

Алюміній

27
627

23,3
37,8

Залізо

27
727

12,0
14,7

Олово (α-модифікація)

27

16,0

Золото

27
727

14,0
17,7

Олово (β-модифікації)

27

31,4

Мідь

27
727

16,7
21,8

Магній

27

25,8

Срібло

27
727

18,9
25,6

Свинець

27
277

28,5
33,3

Цинк

27
377

63,5
50,3

Відбивна здатність. Це – здатність металу відбивати світлові хвилі певної довжини, яка сприймає людським оком як колір (таблиці). Кольори металу вказані у таблиці.

Відповідність між кольором та довжиною хвилі

Колір

Довжина хвилі, нм

Колір

Довжина хвилі, нм

Фіолетовий

460

Жовтий

580

Синій

470

Помаранчевий

600

Блакитний

480

червоний

640

Зелений

520

Пурпурний

700

Кольори металів

Метал

Колір

Метал

Колір

Магній

Біло-сірий

Цинк

Блакитно-білий

Алюміній

Сірувато-білий

Срібло

Білий

Титан

Сірувато-білий

Олово

Сірувато-білий

Залізо

Блакитно-білий

Золото

Жовтий

Мідь

Червонувато-рожевий

Свинець

Сірувато-білий

Чисті метали в декоративно-ужитковому мистецтві практично не застосовуються. Для виготовлення різних виробів використовують метали, колірні характеристики яких значно відрізняються від кольору основного металу.

Протягом тривалого часу накопичувався величезний досвід застосування різних ливарних сплавів для виготовлення прикрас, побутових предметів, скульптур та багатьох інших видів художнього лиття. Однак досі ще не розкрито взаємозв’язок між будовою сплаву та його відбивною здатністю.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *