Виды цветных металлов , их свойства.

Тема: Виды цветных металлов, их свойства. Цель урока: Образовательная: познакомить студентов ,с областью применения цветных металлов и их свойствами.

10.12.2020 год.
Тема: Виды цветных металлов, их свойства.
Цель урока:
Образовательная: познакомить студентов ,с областью применения цветных
металлов и их свойствами.
Тип урока: комбинированный урок
Меж предметная связь: Материаловедение, физика, химия.

II. Основная часть:
а) Изучение нового материала:
1. Характеристика и свойства цветных металлов и их применение в машиностроении.

Все цветные металлы можно разделить на 6 групп:

1) легкие;
2) тяжелые;
3) тугоплавкие;
4) радиоактивные;
5) благородные;
6) редкие.

1. Цветные металлы, обладающие небольшой плотностью называются легкими. Они широко распространены в окружающей природной среде. Алюминий – типичный представитель этой подгруппы, который является легким, немагнитным металлом серо-белого цвета. Его основными свойствами являются:
— легкость;
— стойкость к коррозии;
— податливость при обработке;
— хорошая тепло- и электропроводность;
— не ядовитость соединений.
Главным его недостатком выступает малая прочность. Чтобы устранить эту проблему алюминий чаще используется в сплаве с медью, магнием. Называется это соединение дюралюминий, который эффективно используется в авиастроении. Сферы применения алюминия достаточно обширные. Например, он используется в криогенной и тепловой технике, в машиностроении, ювелирном деле, пищевой промышленности (для изготовления посуды), его применяют для получения сероводорода и для восстановления редких цветных металлов. В автомобилестроении из алюминия изготавливают: части кузова, двигателя, литые диски и т.д.) чистый металл сплавляют с магнием, марганцем или кремнием, а в результате получают материал с более прочной и податливой к обработке структурой. Помимо алюминия к цветным металлам относятся магний, титан, натрий, калий, барий, кальций и стронций. Металлы этой группы имеют самую низкую среди других металлов плотность (удельную массу).

Металлы, обладающие высокой плотностью, называются тяжелыми. К ним можно отнести: медь, свинец, кадмий, ртуть, никель, кобальт. Они чаще всего используются в сплавах с другими цветными металлами и железом, но могут применяться также в чистом виде.
Для характеристики металлов, относящихся к группе тяжёлых, существует ряд различных критериев, основанный на наиболее часто используемых свойствах. Как правило, к таковым относят:

• атомный вес элемента;
• токсичность;
• плотность;
• распространенность в земной коре;
• показатель вовлеченности в биологические процессы и т.д.
Однако наиболее часто характерной мерой выступает именно атомный вес элемента, превышающий порог в 50 а. е. м. При этом если исходить из плотности, то к тяжёлым металлам относят те, у которых значение плотности превышает 6 г/куб. см.
Эта подгруппа металлов довольно распространена, несмотря на их вред для окружающей среды и человека. Самые опасные из них – это свинец, ртуть и кадмий, которые загрязняют атмосферу. Самым распространённым металлом из этой группы, используемый в автомобилестроении – это медь. Медь обладает наивысшей после серебра электропроводностью и теплопроводностью. Чистая медь имеет в автомобилестроении и авторемонтном производстве ограниченное применение. Зато широко применяются медно-цинковые сплавы (латуни), оловянистые и безоловянистые бронзы.
По сравнению с медью латунь обладает более высокой прочностью, твёрдостью, упругостью, коррозионной стойкостью, меньшей пластичностью и высокими технологическими свойствами (литейными свойствами, деформируемостью и обрабатываемостью резанием). Латуни применяют в автомобилестроении для изготовления деталей систем охлаждения: бачков и трубок радиаторов, деталей электрооборудования, различных втулок, пробок, штекеров, наконечников и т. д.
Бронзы обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в автомобилестроении для изготовления втулок шатунов двигателей, плоских и круглых пружин в системе питания, упорных шайб, шестерен и т. д. Автомобильные детали изготовляют из оловоносных бронз, которые характеризуются достаточной прочностью, высокими антифрикционными качествами, коррозионной стойкостью, хорошей теплопроводностью. Деформируемые оловоносные бронзы отличаются, кроме того, хорошими упругими свойствами. Повышение содержания олова в оловоносных бронзах увеличивает прочность и твердость, но уменьшает пластичность и ударную вязкость. Из оловянистых бронз изготавливают арматуру, втулки шкворней, полуосевые и упорные шайбы, втулки коромысел, шатунов и др.

Следующая группа – тугоплавкие металлы. К ним относятся: цирконий, титан, ванадий, гафний, тантал, ниобий, молибден, хром, вольфрам, рений, а также родий, рутений, иридий, осмий, платина как платиновые металлы. Все они плавятся при температуре 1650-1750 °С. Их используют для легирования стали (для улучшения ее химических, механических и физических свойств). Также они применяются в судостроении, машиностроении, электронной и химической промышленности. Основные свойства: имеют очень высокую температуру плавления и стойкость к изнашиванию. Один из используемых в автомобилестроении – титан.
Титан в автомобилестроении
Актуальность
Чтобы увеличить мощность автомобильного двигателя, необходимо без потери прочности уменьшить массу деталей возвратно-поступательных систем. Эту задачу эффективно решают высокопрочные и жаростойкие титановые сплавы. В первую очередь они выгодны при изготовлении таких деталей, как впускные и выпускные клапаны, шатуны, коромысла клапанов, глушители, которые являются самыми ответственными частями как дизельных, так и автомобильных двигателей.

Достоинства
Так как сплавы титана обладают лучшей удельной прочностью по сравнению со сталью, то применение их для производства шатунов позволяет снизить нагрузку на шатунные подшипники на 30%, а это значительно увеличивает их надежность и долговечность. Применение титана для деталей клапанного механизма снижает напряжение в деталях до 25%, а силу удара клапана о седло на 30%.
Сплавы
Шатуны предпочтительно изготавливать из серийных сплавов марок ВТ5, ВТ8 или ВТЗ-1, обладающих повышенной прочностью. . Механические свойства при растяжении соответствуют данным сертификата серийного сплава ВТЗ-1. Опыт применения показывает целесообразность использования титановых сплавов для изготовления высоко нагруженных деталей двигателей, несущих конструкций и ходовой части автомобиля. Исследования показали, что для деталей автомобиля рекомендуется использовать следующие сплавы:
• для несущих конструкций автомобилей: ОТ4−1, ОТ4, ВТ5, ВТ5−1, ВТ6 — сплавы средней прочности;
• для ходовой части автомобилей: АТ6, ВТЗ-1, BT5−1, ВТ6, ВТ8, ВТ14, ВТ15, BT16 — сплавы средней и высокой прочности;
• для деталей двигателей: ВТЗ-1, ВТ8, BT14, ВТ15. ВТ16, BT18, СТ-1, СТ-4 — марки высокопрочных и жаропрочных титановых сплавов.

4 группа – радиоактивные цветные металлы, к которым относятся: полоний, прометий, технеций, радий и др. Они применяются в ядерной энергетике и для создания ядерного оружия.

Группа благородных металлов является самой дорогостоящей. К ней относятся: золото, платина, серебро, иридий, осмий, родий, палладий, рутений. Они наделены таким свойствами:
— неподвергаемость к окислению и коррозии;
— редкодобываемость;
— красивая и привлекательная внешность.
Применяются они не только в ювелирном деле, но и в медицине, машиностроении, кинопромышленности, электронике, химической и фото промышленности.

Платиновые автомобильные катализаторы
Как видно из диаграммы выше, основной областью применения платины в настоящее время являются автомобильные катализаторы. Благодаря своим уникальным каталитическим свойствам, платина (а также палладий и родий) используются для очистки выхлопных газов автомобилей от вредных веществ.

Катализатор представляет собой цилиндр с круглым или эллиптическим сечением, внутри которого расположены металлические или керамические со ,

Автомобильные катализаторы превращают более 90% вредных соединений выхлопов бензиновых двигателей в безопасные углекислый газ (CO2), азот (N2) и водяной пар (H2O). Также, авто катализаторы преобразуют более 90% выбросов дизельных двигателей в виде угарного газа, углеводородов и твердых частиц в углекислый газ и водяной пар.

К редким цветным металлам относиться около 50 видов. Но они были поздно открыты, малоисследованы, и мало применяемые. Они тяжело добываются и они непопулярные, однако являются перспективой для науки в будущем. (литий, бериллий, рубидий, цезий).
Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

3.Алюминиевые сплавы.
Одним из распространённых цветных металлов, которые используются в автомобилестроении является алюминий. Сейчас мы с вами узнаем историю его открытия. (сообщение)
Алюминий – металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью 2,7 г/см3, высокой электропроводностью, температура плавления 6600С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно.
Для повышения физико-механических и технологических свойств алюминий легируют различными элементами (Cu, Mg, Si, Zn). Железо и кремний являются постоянными примесями алюминия. Железо вызывает снижение пластичности и электропроводности алюминия. Кремний, как и медь, цинк, марганец, никель и хром, относится к легирующим добавкам, упрочняющим алюминий.

Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дуралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.
Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение).
Б) Закрепление изученного материала.
А сейчас мы проверим наши знания.
(Использовать презентацию)

1. Тест
1.Где перечислены цветные металлы?
а) Медь, цинк, алюминий, олово, серебро;
б) Медь, бронза, алюминий, серебро;
в) Медь ,бронза ,алюминий ,олово.
2. Где перечислены сплавы цветных металлов?
а)Бронза, медь, олово;
б)Латунь, медь ,цинк;
в) Бронза, латунь ,дуралюмины.
3.В каком виде существуют цветные металлы?
а) В виде сплавов;
б) В чистом виде сплавов и виде сплавов;
в) В чистом виде.
4.Что является основой свойств металлов?
а) Состав руды;
б)Строение кристаллической решётки;
в)Технологический процесс получения сплавов.
5.Железо-это…
а) Сплав;
б) Чёрный металл

Контрольные вопросы:
1.Какой плотность обладает Алюминий ?
2.Главный недостаток Алюминия ?
3. Где применяется Алюминий ?
4. Какие цветные металлы называются тяжёлыми ?
5 Какие свойства используют для характеристики цветных металлов ?
6 Достоинства сплавов титана и область применения ?
7. Редкие цветные металлы ?
8. Одним из распространённых цветных металлов, которые используются в автомобилестроении ?

Автор публикации

не в сети 1 неделя

Джамал Багаев

0
Комментарии: 1Публикации: 11Регистрация: 07-04-2020

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.