2.1. Химический состав. Макро и микроструктура металлов

Материалы по химическому составу делятся на две группы:

• металлы;

• неметаллы.

Разнообразие материалов во многом определяется наличием тех или иных химических элементов в них. Основой материала может быть один химический элемент, или соединения различных химических элементов, т.е. они могут быть в виде единственного химического компонента, или присутствовать в виде неизбежных примесей (от нескольких процентов до мизерных долей процента) в основных элементах. Взаимосвязь химических элементов и их свойства отражает периодическая система Д.И. Менделеева.

Исследования структуры металлов проводят несколькими способами.

Рентгеноструктурным методом исследуют внутреннее строение кристаллической решетки (фазовый состав, величину зерен и т.д.).

Макроструктура металла (величина зерен, направление волокон в деформированных слоях металла, наличие усадочных и газовых трещин, характер излома детали) определяется невооруженным глазом или при увеличении (лупа, микроскоп) до 30 раз. Поверхность сначала шлифуют наждачной бумагой, а потом проводят глубокое травление химическими растворами.

При просвечивании ультразвуком или рентгеновскими лучами определяют качество литья и сварки по наличию трещин, шлаковых включений и раковин.

При микроскопическом исследовании используют микроскопы с увеличением в 50 …2000 раз. Шлифы металла готовятся в виде цилиндриков (диаметром и высотой по 10… 15 мм), или в виде кубиков 1010 мм. Металл шлифуют, полируют и травят в слабых растворах кислот. На поверхности металла из - за неодинаковой травимости структурных составляющих, зерен и их границ появляется микрорельеф. Создается сочетание света и тени. Более протравленная структура будет выглядеть более темной по сравнению с менее протравленной.

2.2. Физические свойства материалов

К физическим свойствам материалов можно отнести:

• плотность;

• температурные и тепловые характеристики;

• характеристики взаимодействия с жидкостями и газами;

• электромагнитные свойства.

Плотность – мера количества вещества m в единице объема V:

ρ = m /V, г/см³ или кг/м³.

Средняя объемная плотность – величина, определенная отношением массы неоднородного вещества ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты, т.е. объемная плотность характеризует материал вместе с порами.

Таблица 2.2

Значения плотности некоторых материалов*

№			Наименование материала		Плотность ρ, кг/м^3
	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	Ацетилен Азот Воздух (сухой) Кислород Аргон Пенопласт Сосна Керамзитобетон Бензин Спирт Нефть Смазочное масло Лед Вода Цемент Песок Бетон Гранит Алюминий Сталь Серебро Свинец Ртуть Золото Платина		1,173 1,251 1,293 1,429 1,783 100 450 500 700 790 800 900 916 1000 1400 1600 2400 2500 2700 7800 10500 11350 13350 19300 21400

* - здесь и далее в таблицах значения показателей для материалов указываются средние.

Среднюю объемную плотность ρ_ср вычисляют по формуле:

ρ _о = m/V, г/см³, или кг/м³.

Относительная плотность ρ_от – отношение плотности вещества ρ к плотности ρ_эт эталонного вещества

ρ_от = ρ/ ρ_эт.

Обычно сравнивают плотности материалов с плотностью воды, равной 1000 кг/м³ при температуре 4^оС.

Плотность льда меньше плотности воды, составляя при 0 С 916,8 кг/м³, поэтому лед и плавает на поверхности воды.

Насыпная плотность ρ_н – количество вещества в единице объема дисперсных материалов (песок, цемент, керамзит,...). На ее величину влияют поры внутри самого материала и пустоты между частицами материала.

Минимальные значения плотности имеют газы, а максимальные - металлы и сплавы (табл. 2.2).

Плотность вещества растет с увеличением давления и, как правило, убывает с ростом температуры. При переходе вещества из жидкого в газообразное и из твердого в жидкое плотность вещества скачкообразно уменьшается (исключение - вода).

Плотность вещества взаимосвязана с другими показателями свойств материалов (табл. 2.3, рис.2.2 и 2.3).

Таблица 2.3