Какими свойствами обладают черные металлы

Медицине известен печальный и трогательный факт. Студент-химик решил подарить любимой девушке кольцо. Не простое, а из железа собственной крови. Парень делал себе кровопускания, а из крови выделял железо. Только ему не удалось подарить уникальное кольцо — студент умер от малокровия, так и не набрав нужного количества черного металла.

Железо и вся таблица Менделеева

К черным металлам относятся железо и произведенные из него сплавы. По некоторым классификациям сюда же относят ванадий, хром, марганец. Вот вам весь список черных металлов. Удивительно, что среди употребления людьми огромного количества других металлов 90% составляют черные (правда, в основном в виде сплавов).

А вот историки этому не удивляются. Они знают, какими темпами развивалось человечество. Сравните сами.

Первая стадия — первобытно-общинный строй. Начался он примерно 200 000 лет назад (как минимум) и делится на 3 стадии:

1. Каменный век. Начался с возникновения человека разумного (то есть, когда люди догадались использовать камни и дубинки как орудия). Медленно, со скрипом продолжался до III тысячелетия до нашей эры.
2. Бронзовый век (длился до начала I тысячелетия до нашей эры). Люди начали использовать цветные металлы. Цивилизация уже не ползла, а рысцой продвигалась к следующему этапу.
3. Железный век. По разным классификациям он начался в начале I тысячелетия до нашей эры. В принципе, он продолжается и сейчас, хотя историки неофициально называют наше время ранний пластиковый век.

Сравните, как жил человек в каменном веке, и как живет сейчас. И весь взлет цивилизации — за счет металлов.

Где добывают руду черных металлов

К железным рудам относятся железняки — красный, магнитный, бурый. Это магнетит, гематит, лимонит. Бурые железняки привлекательны примесями ванадия, кобальта, марганца, никеля и других металлов.

Российские железорудные месторождения

Россия обладает крупнейшими железорудными запасами в мире, хотя содержание железа на тонну добытой руды наша страна уступает некоторым странам. Огромное и уникальное по содержанию железа (до 60%) месторождение гематита расположено в Курской области. Это знаменитая Курская магнитная аномалия.

Бесценная копилка минералов, Каменный Пояс, имеет магнетитовые месторождения (горы Магнитная, Благодать, Высокая). Есть магнетит на Кольском полуострове и в Сибири.

Крупнейшие залежи лимонита (бурого железняка):

• Орско-Халиловское (Урал);
• Керченское (Крым);
• Байкальское.

Добывают руду открытым (в карьерах) или закрытым (в шахтах) способами.

Переработкой руды в железо занимаются на металлургических комбинатах.

Что производят из черных металлов

Само железо не пользуется спросом. Оно пластично, хорошо поддается ковке и прокатке, у него хорошие электро- и теплопроводность. Но все его привлекательные качества меркнут перед одним большим «но» — оно ржавеет.

В Дели (Индия) уже 1600 лет стоит железная колонна. И не ржавеет. Много версий выдвинули ученые по этому поводу, но до сих пор непонятно, отчего она не заржавела за полторы тысячи лет.

А вот сплавы черных металлов (чугун и сталь) необходимы экономике любой страны.

Основной помощник в превращении железа в сплавы — углерод.

Чугуны могут быть:

• серые;
• белые;
• ковкие.

Сталь содержит гораздо меньше углерода:

• низкоуглеродистая сталь (содержание С менее 0,25%);
• углеродистая (в ней углерода от 0,25 до 0,6%);
• высокоуглеродистая (тут содержание углерода от 0,6 до 2,15%).

Углерод не все, что нужно хорошей стали или качественному чугуну. Небольшие добавки марганца, меди, ванадия хрома и других металлов придают сплавам требуемые качества. Это могут быть термостойкость, устойчивость к коррозии (ржавчине), хорошая ковкость, упругость металла.

Морская вода — настоящая жидкая руда. В ней около 80 элементов таблицы Менделеева. Если извлечь из океанов все железо, то на долю каждого жителя Земли придется 35 тонн. За все время цивилизации произвели всего по 6 тонн на человека.

Делаем железо из руды, чугун из железа, сталь из чугуна

Этими сложными вещами занята черная металлургия.

Она (вернее люди, в ней работающие) добывает руду, обогащает ее, затем выплавляют в доменных печах. Получившийся в процессе плавки чугун в сталеплавильных печах превращают в стали.

А дальше сталь отправляют в прокат на прокатные станы. Они разные, и форм проката много. Из проката получают листы стали, швеллеры, рельсы, уголки.

Применение чермета

Черные металлы используют во многих отраслях промышленности. Причиной такой популярности являются их основные свойства — дешевизна, высокая прочность, универсальность качеств.

Ни одна промышленность не живет без черных металлов и их сплавов.

Производство стали в мире растет, и большую долю металла потребляют «азиатские тигры».

Металлолом чермета

Черный металлолом — это все металлическое, сделанное из железа и его производных. Все, что люди сделали, попользовались и выбросили за ненадобностью. От громадных списанных кораблей (жители портовых городов видели ржавые остовы бывших красавцев) до кусков ржавых труб — все это различные виды лома.

Современное развитие экономики диктует бережное отношение к материальным ресурсам. Поэтому вторичная переработка лома черных металлов, использование того, что раньше считалось мусором, выгодна для развития хозяйства страны. И экология при этом «говорит спасибо», ведь становится меньше свалок, сохраняются природные ресурсы. Они на нашем земном шарике хоть велики, но не безграничны.

Покупаем металлолом черных металлов

Лом нержавейки достаточно дорогой. В зависимости от содержания никеля стоит от 42 до 52 рублей за килограмм.

Лом черного металла гораздо дешевле, от 11 до 14 рублей за кг.

Строгие потребители металлолома

При приеме лома черных металлов его потребители-покупатели — металлурги — предъявляют к нему определенные требования.

Заготовка металлолома производится практически в каждом населенном пункте. И поверьте, туда до сих пор попадает лом еще советских времен.

Существует государственный стандарт на вторичные черные металлы.

Классификация металлолома

Чермет по ГОСТу делится на 2 группы по содержанию углерода. Это стальной лом и чугунный лом.

Наличие легирующих добавок делит металлолом на две категории — легированные и углеродистые. В свою очередь легированные по содержанию элементов имеют 67 групп.

Показатели качества лома также отслеживаются потребителем, и подразделяются на 28 видов.

Какая польза в сборе металлолома

Россия производит немного стали, зато металлолома потребляет от 20 до 30%.

Лом черного металла подразделяется на:

• чугунный лом (отходы литья, стружка);
• железный лом (изделия, окончившие срок службы; отходы литья, стружка);
• нержавеющий лом (испорченные, непригодные изделия; отходы от металлообработки).

Сфера применения вторичных черных металлов широка. Основных причин тут две — это дешевле, чем плавить железо из руды и занимает меньше времени. К тому же люди, временно оставшиеся без работы, могут заработать на кусок хлеба сбором металлолома. Это их маленький бизнес.

В советские времена металлолом собирали пионеры. И хотя притащить заржавевший трактор им было не под силу, но приличную часть металла на утилизацию детишки отправляли. В этом можно найти скрытую пользу. Пока дотянешь кусок металла до места, сил на драки и разборки, которыми печально известны многие подростки, уже не оставалось. Вот и подумаешь, не возродить ли полезное начинание по сбору металлолома…

Приступая к изготовлению какого-либо изделия, вы должны правильно выбрать наиболее подходящий для него материал. Как вы знаете, металлы в технике применяют не в чистом виде, а в виде сплавов. Сплавы получают путем смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определенном соотношении. Правильный выбор подходящего для вашего изделия металла или сплава можно сделать, зная его свойства.

Каждый металл и сплав обладает определенными механическими и технологическими свойствами.

К механическим свойствам относят прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит они обладают достаточной прочностью.

Твердость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого материала. Например, если на стальную и медную пластины нанести лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после устранения внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре ее поместить небольшой груз, то она прогнется на некоторую величину, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это показывает, что материал линейки обладает упругостью.

Вязкость — свойство тел поглощать энергию при ударе.

Пластичность — способность изменять форму под дей­ствием внешних сил не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности.

Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму и получать плотные отливки.

Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различными инструментами.

Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии.

Все металлы и сплавы подразделяют на черные и цветные. К черным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.

Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом — гораздо более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2%, то такой сплав называется сталью. Если углерода от 2 до 4%, то это — чугун.

Сталь не только прочный, но и пластичный материал, хорошо поддающийся механической обработке. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций, а добавляя в сталь хром, вольфрам и другие металлы, получают очень твердые инструментальные стали, из которых изготавливают режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун обладает очень хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают качественные и сложные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

Из цветных сплавов наибольшее распространение в технике получили латунь, бронза, дюралюминий.

Латунь — сплав меди с цинком желтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твердостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности и в электротехнике.

Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, желто-красного цвета. Имеет высокую прочность, твердость, хорошо обрабатывается резанием и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колес, для отливки художественных изделий (скульптур, украшений и других элементов), в электротехнике.

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо обрабатывается, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Учебник для 6 класса (мальчики)

Технология

Металл как конструкционный материал играет огромную роль в жизни человека.

В 5 классе вы ознакомились с тонколистовым металлом и проволокой, с технологиями их получения и обработки, изготовили изделия из этих материалов. Однако не все задуманные вами в 6 классе творческие проекты можно выполнить, опираясь лишь на полученные ранее знания и умения.

Чтобы изготовить проектное изделие из металла, вам необходимо продолжить изучение свойств чёрных и цветных металлов, способов и приёмов резания, рубки и опиливания металлических заготовок.

Прежде чем приступить к изготовлению какого-либо изделия, нужно выбрать наиболее подходящий для него материал. Металлы в технике применяют, как правило, не в чистом виде, а в виде сплавов. Их получают путём смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определённом соотношении. Правильно выбрать для изготовления изделия металл или сплав можно лишь зная его свойства.

Каждый металл и сплав обладает определёнными механическими и технологическими свойствами.

К механическим свойствам относят прочность, твёрдость, упругость, пластичность.

Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит, они обладают достаточной прочностью.

Твёрдость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого материала. Например, если в стальной или медной пластине сделать лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь твёрже меди.

Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия на него внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре её поместить небольшой груз, то она немного прогнётся, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это доказывает, что материал, из которого сделана линейка, обладает упругостью.

Пластичность — способность изменять форму под действием каких-либо нагрузок не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотеку-честь, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности.

Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму, что позволяет получать плотные отливки.

Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава поддаваться обработке резанием разными инструментами.

Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии (ржавчине).

Все металлы и сплавы подразделяют на чёрные и цветные (рис. 58). К чёрным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.

Рис. 58. Металлы: а — алюминий; б — медь; сплавы металлов: в — сталь; г — чугун; д — латунь; е — бронза

Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом — более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2 %, то такой сплав называется сталью (см. рис. 58, в). Если углерода от 2 до 6,7 %, то это — чугун (см. рис. 58, г).

В зависимости от свойств стали делят на конструкционные и инструментальные. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций. Инструментальные стали имеют в своём составе хром, вольфрам и другие металлы, поэтому они обладают очень высокой твёрдостью. Из них изготовляют режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для производства изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун отличается хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают сложные и качественные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

Наиболее распространённые цветные металлы — это алюминий и медь (см. рис. 58, а, б).

Алюминий — лёгкий металл серебристого цвета, широко используемый. Он хорошо сопротивляется коррозии и его легко обрабатывать. Алюминий и его сплавы применяют в авиации, электротехнике, строительстве, быту и т. п.

Медь — металл красного цвета. Это пластичный материал, хорошо проводящий электрический ток. Он легко поддаётся обработке и устойчив к коррозии. Из меди делают электрические провода и другие электротехнические изделия.

Из цветных сплавов широко используются в технике латунь, бронза (см. рис. 58, д, е), дюралюминий и др.

Латунь — сплав меди с цинком, жёлтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твёрдостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности, и в электротехнике.

Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, жёлтокрасного цвета. Имеет высокую прочность, твёрдость, хорошо режется и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колёс, в электротехнике, для отливки художественных изделий (например, скульптур, украшений и других изделий).

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо поддаётся обработке, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются лёгкие и прочные конструкции.

В 5 классе вы кратко ознакомились с искусственными материалами — пластмассами, состоящими из сложных веществ — полимеров, получаемых на предприятиях химической промышленности. Эти материалы при изготовлении (формовании) изделий нагревают, в результате чего они становятся пластичными, а при охлаждении — стеклообразными.

Кроме полимера, пластмассы содержат добавки: наполнители, пластификаторы, красители и др. Наполнители необходимы для придания пластмассе таких свойств, как прочность и устойчивость к высоким температурам. Пластификаторы повышают пластичность материала, а красители позволяют окрасить пластмассу в разные цвета.

Пластмассы хорошо обрабатываются, поэтому из них изготовляют разнообразные изделия: посуду, бытовые приборы, мебель, трубы, спортивный инвентарь, предметы интерьера и многое другое.

Лабораторно-практическая работа № 14

Ознакомление со свойствами металлов и сплавов, искусственных материалов

1. Рассмотрите образцы металлов и сплавов, определите их цвет.
2. Положите справа от себя образцы из чёрных металлов и сплавов, а слева — из цветных. Определите вид металлов, из которых сделаны образцы.
3. Проделайте опыт: растяните и отпустите пружины из стальной (закалённой) и медной проволоки. Сделайте вывод об упругости стали и меди.
4. Положите на плиту для рубки металла образцы из стальной и алюминиевой проволоки и попытайтесь расплющить их молотком. Сделайте вывод о ковкости стали и алюминия.
5. Закрепите в тисках стальной и латунный образцы и проведите по ним напильником. Сделайте вывод об обрабатываемости стали и латуни.

Найдите в Интернете, какие искусственные материалы человек применяет в науке, технике, повседневной жизни.

Новые слова и понятия

Свойства металлов: механические (прочность, твёрдость, упругость, пластичность), технологические (ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость, коррозионная стойкость); чёрные металлы (сталь, чугун); цветные металлы (алюминий, медь, латунь, бронза, дюралюминий); полимеры.

Проверяем свои знания

1. Что такое сплав?
2. Назовите механические свойства металлов и сплавов.
3. Назовите технологические свойства металлов и сплавов.
4. Для чего нужно знать свойства металлов и сплавов?
5. Какие сплавы относятся к чёрным?
6. Почему металлы нужно экономно расходовать?
7. Какими свойствами обладают пластмассы?