Золото - это самый популярный металл в истории, в культуре, в экономике. За обладание им проливались реки крови, вспыхивали семейные раздоры и даже велись войны. Его значение для всей человеческой цивилизации основано на его уникальных химических и физических свойствах, на особенностях внутреннего строения.
Золото - это самый пластичный металл. Данное качество делает его востребованным всюду: от ювелирного дела до микроэлектроники.
Самый "металлический" металл
В золоте сконцентрированы все самые явные свойства, которые ученые называют металлическими. По электропроводимости оно уступает только серебру, меди и чистому палладию. По теплопроводности - тому же серебру, меди и кобальту. По способности поглощать тепловую энергию золото уступает только экзотическому висмуту, опережая ртуть и серебро. По другим «металлическим» свойствам - ковкости и - оно является чемпионом. Золото - это самый пластичный металл в мире, а блеск его - понятие легендарное.
Золота тоже очень «металлическое». Оно представляет собой геометрически правильную кристаллическую решетку с положительными ионами в узлах и плотное по концентрации облако «электронного» газа между ними. Эту часть атома составляют свободные электроны, расположенные на внешнем энергетическом уровне. Они создают силу притяжения между узлами решетки, что и обеспечивает способность металла деформироваться без нарушения общей целостности. Так устроен самый пластичный металл.
Определение пластичности
От греческого Πλαστική ("ваяние", "лепка") произошло слово «пластика», давшее корень другим, связанным с изменением формы твердого тела. Пластичность - свойство твердого тела менять форму и размеры и сохранять остаточную деформацию после прекращения действия внешних сил без изменения объема и нарушения целостности.
Для металлов это одна из важнейших характеристик, позволяющая использовать их в практике. Без возможности придавать заготовкам из металла нужную форму было бы невозможно создание даже простейших бытовых предметов. Золото - самый пластичный металл, и изделия из него - пример того, какую форму можно придать достаточно податливому материалу ковкой, давлением, прокаткой, вытяжкой, волочением и т. д. Обратным по смыслу свойством материала является хрупкость.
Испытание на пластичность
Характеристики пластичности металлов обычно определяются при статичных испытаниях. Самым показательным является испытание на растяжение. Чтобы выяснить, какой металл самый пластичный, необходимо подвергнуть такому воздействию образцы одинакового размера при сходных температурных условиях. Величина деформации, которую способен выдержать образец металла перед разрушением, - объективный показатель пластичности.
Числовым выражением результата испытаний на растяжение являются два основных коэффициента. Относительное удлинение - процентное отношение увеличенной длины образца после разрыва, вызванного деформацией, к первоначальной. Самый пластичный металл - золото - имеет показатель - 65%. Для сравнения: у железа - 40-50, у алюминия - 30-40.
Второй показатель пластичности - относительное сужение поперечного сечения образца. У золота первоначальное сечение образца на 90% больше того, какое он имеет перед разрывом. У алюминия эта цифра - 80%, у меди - 75%.
Мягкое, вязкое и прочное
По шкале твердости Мооса у золота показатель - 2,5-3,7. В чистом виде этот металл значительно мягче многих широко распространенных материалов и царапается ножом или даже ногтем. Поэтому, чтобы избежать быстрого износа золотых изделий, в металл для их изготовления добавляют специальные упрочняющие лигатурные элементы, обычно серебро или медь. Существуют у золота и вредные примеси. Самый пластичный металл в таблице Менделеева в присутствии свинца, платины, кадмия или серы становится хрупким.
Мягкость золота особого характера, она дополняется его вязкостью и тягучестью. Удобство формовки и технологической обработки деталей дополняется высокими показателями прочности на растяжение - 3300 кг/см 2 . Такое уникальное сочетание физико-механических характеристик золота используется с давних времен. Пример - сусальное золото.
Купола в России кроют чистым золотом…
Несмотря на многовековую историю золотодобычи, этот металл всегда относился к редким и драгоценным. Это самый пластичный металл. Это качество делает применение для декоративной отделки элементов интерьера или даже для покрытия церковных куполов рентабельным. Для покрытия большой площади требуется очень немного драгоценного металла: 1 грамм пластинки может быть раскован в лист площадью 1 м 2 .
Даже ручной способ получения листов для золочения дает возможность добиться толщины в тысячную долю миллиметра. Такая толщина позволяет золотым пластинкам держаться на поверхности за счет молекулярного притяжения. Технология получения сусали значительно усовершенствовалась. Теперь для расплющивания золотых листов применяются роботизированные линии, но в основе процесса - высокая пластичность исходного материала.
Золотая нить
Способность золота выдерживать растягивающее усилие без разрыва известно с самого начала его коммерческого использования. Изготовление такой проволоки для ювелирных изделий было налажено еще в античные времена - древние мастера уже знали, какой металл самый пластичный. В середине XX века производили микропровод с золотым сердечником, который даже с пластиковой изоляцией был в 7 раз тоньше человеческого волоса. Из 1 грамма металла вытягивали непрерывную золотую нить длиной около 3,5 км.
Сегодняшние технологии довели толщину золотой проволоки до нескольких микрон, дальнейшее освоение технологических достоинств металла продолжается.
Пластичность
– свойство металла пластически
деформироваться, не разрушаясь под
действием внешних сил. Это одно из
важных механических свойств металла,
которое в сочетании с высокой прочностью
делает его основным конструкционным
материалом. Для определения пластичности
образцы и оборудование не требуются.
Показатели (характеристики) пластичности
– относительные удлинение
(дельта) и
сужение
(кси).
Относительным
удлинением
называется отношение абсолютного
удлинения, т. е. приращение расчетной
длины образца после разрыва
,
к его первоначальной расчетной длине
,
мм, выраженное
в процентах:
%,
(2)
где
– длина
образца после разрыва, мм.
Относительным
сужением
называется отношение абсолютного
сужения, т. е. уменьшение площади
поперечного сечения образца после
разрыва
,
к первоначальной площади его поперечного
сечения
мм 2 ,
выраженное
в процентах:
%,
(3)
где 
– площадь
поперечного сечения образца после
разрыва,
мм 2 .
Твердость металлов
Твердость – свойство металла сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела. Для определения твердости не требуется изготовления специальных образцов, испытания проводятся без разрушения металла.
Твердость металла определяют прямыми и косвенными методами: вдавливанием, царапанием, упругой отдачей, магнитным.
При прямых методах в металл вдавливают твердый наконечник (индентор) различной формы (шарик, конус, пирамида) из закаленной стали, алмаза или твердого сплава. После снятия нагрузки на индентор в металле остается отпечаток, который и характеризует твердость.
Метод Бринелля. В плоскую поверхность металла вдавливается стальной закаленный шарик диаметра 10 мм (рисунок 2). После снятия нагрузки в металле остается отпечаток (лунка). Диаметр отпечатка d измеряют специальным микроскопом с точностью 0,05 мм. На практике пользуются специальной таблицей, в которой диаметру отпечатка d соответствует определенное число твердости НВ.
Диаметр шарика D и нагрузку P устанавливают в зависимости от твердости и толщины испытуемого металла. Например, для стали и чугуна нагрузка Р = 3000 кг; D = 10 мм. Твердость технически чистого железа по Бринеллю равна 80 – 90 единиц.
а – по Бринеллю; б – по Роквеллу
Рисунок 2 - Схема испытания твердости
Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов с твердостью более НВ 450, так как шарик может деформироваться и в результате получится искаженный результат. Этот метод используется в основном для измерения твердости заготовок и полуфабрикатов из неупрочненного металла.
Метод Роквелла. Твердость определяют по глубине отпечатка. Индентором служит стальной закаленный шарик диаметра 1,58 мм для мягких металлов или алмазный конус с углом при вершине 120º для твердых и сверхтвердых (более HRC 70) металлов (рисунок 2, б).
Шарик и конус вдавливаются в металл под действием двух нагрузок – предварительной и основной. Общая нагрузка равна их сумме. Предварительная нагрузка принимается одинаковой для всех металлов (10 кг). Перед началом испытания большая стрелка твердомера выставляется на «0» шкалы индикатора, и затем включается основная нагрузка – большая стрелка перемещается по шкале индикатора и показывает значение твердости.
При вдавливании стального шарика нагрузка составляет 100 кг, отсчет твердости производится по внутренней (красной) шкале индикатора, твердость обозначают НRВ. При вдавливании алмазного конуса твердость определяется по показанию стрелки по внешней (черной) шкале индикатора. Для твердых металлов основная нагрузка составляет 150 кг. Это основной метод измерения твердости закаленных сталей. Обозначение твердости – НRC.
Для очень твердых, а также тонких материалов нагрузка принимается равной 60 кг. Обозначение твердости – НRА.
Метод определения твердости по Роквеллу позволяет испытывать мягкие и твердые металлы, при этом отпечатки от шарика или конуса очень малы, поэтому этим методом можно измерять твердость и готовых деталей. Поверхность для испытания должна быть шлифованной. Измерения выполняются быстро (в течение 30 – 60 с), не требуется никаких вычислений, так как значение твердости снимается по шкале индикатора твердомера.
Метод Виккерса. В испытуемую поверхность (шлифованную или полированную) вдавливается четырехгранная алмазная пирамида под нагрузкой 5, 10, 20, 30, 50 или 100 кг. В металле остается квадратный отпечаток. Специальным микроскопом твердомера измеряют диагональ отпечатка (рисунок 3).
|
Рисунок 3- Схема испытания твердости по Виккерсу |
Зная нагрузку на пирамиду и диагональ отпечатка, по таблицам определяют твердость металла НV.
Метод универсальный. Его можно использовать для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев большой твердости (после азотирования, нитроциментации и т. п.).Чем тоньше металл, тем меньше должна быть нагрузка на пирамиду, однако при большой нагрузке результат получается точнее.
Пластичностью называется способность металла принимать под действием нагрузки новую форму не разрушаясь.
Пластичность металлов определяется также при испытании на растяжение. Это свойство обнаруживается в том, что под действием нагрузки образцы разных металлов в различной степени удлиняются, а их поперечное сечение уменьшается. Чем больше способен образец удлиняться, а его пеперечное сечение сужаться, тем пластичнее металл образца.
Необходимость определения пластичности металлов вызывается тем, что пластичные металлы можно подвергать обработке давлением, т. е. ковать, штамповать или на прокатных станах превращать слитки металлов в полосы, листы, прутки, рельсы и многие другие изделия и заготовки.
В противоположность пластичным хрупкие металлы под действием нагрузки разрушаются без изменения формы. При испытании хрупкие образцы разрушаются без удлинения, внезапно. Хрупкость является отрицательным свойством. Вполне пригодным для изготовления деталей машин будет не только прочный, но и в определенной мере пластичный металл.
Для того чтобы получить представление о пластичности металла и определить величину этого свойства, существуют две единицы измерения: относительное удлинение и относительное сужение при разрыве.
Величина относительного удлинения определяется при испытании следующим образом.
Сначала вычисляется общее удлинение образца при разрыве l 1 -l 0 , т. е. из его длины в момент разрыва l 1 вычисляется первоначальная длина l 0 . Полученная разность могла бы служить показателем пластичности металлов только в том случае, если бы длина образцов для испытания была всегда одинаковой.
При различной же начальной длине образцов величина их удлинения для сравнения пластичности металлов является недостаточной, так как длинные образцы будут удлиняться при разрыве больше, чем короткие образцы из того же металла.
Поэтому, чтобы иметь возможность сравнивать пластичность различных металлов, необходимо учитывать, какова начальная длина образца и какое он получил удлинение при разрыве относительно первоначальной ее длины.
Относительное удлинение принято численно выражать в процентах по отношению к первоначальной длине образца и обозначать буквой δ n .
Пример.. Первоначальная длина образца l 0 = 200 мм; длина при разрыве оказалась равной 236 мм; удлинение образца составило 236—200 = 36 мм. Относительное удлинение
Относительное удлинение (%) при испытании некоторых металлов составляет: для цинка 20, алюминия 40, олова 40, железа 45, свинца 45, никеля 50, меди 50.
Вторую величину, характеризующую пластичность металлов,— относительное сужение при разрыве ψ определяют подобным же способом:
где F 0 — начальная площадь поперечного сечения образца до испытания, мм 2 ; F 1 — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва, мм 2 .
Таким образом, относительное сужение представляет собой отношение величины уменьшения площади поперечного сечения образца при разрыве к первоначальной площади поперечного сечения.
Самый Хрупкий металл. Сурьма - блестящий серебристо-белый металл, обладающий грубопластинчатым кристаллическим изломом или зернистым, смотря по быстроте застывания из расплавленного состояния.
Золото – один из самых тяжелых и красивых известных металлов, на нашей планете. Плотность чистого золота равна - 19, 3 г/cм 3. Шар из чистого золота диаметром всего лишь 46 мм имеет массу 1 кг, Если плотно заполнить золотыми слитками комнату площадью 20 м 2 и высотой 3 м, их масса составит 1150 тонн – вес тяжело груженного железнодорожного состава.
Золото- это самый пластичный металл, его легко расплющить, превратить в тончайшие пластинки и листы. Из него можно изготовить фольгу толщиной меньше 0, 001 мм. При сильном истончении оно становится прозрачным и на просвет имеет зеленоватый оттенок.
ЛИТИЙ - Li, химический элемент с атомным номером 3, атомная масса 6, 941. Химический символ Li читается так же, как и название самого элемента.
В периодической системе Д. И. Менделеева литий расположен во втором периоде, группе IA и принадлежит к числу щелочных металлов.
Физические и химические свойства: из металлов литий самый легкий, его плотность 0, 534 г/см 3. Температура плавления 180, 5°C, температура кипения 1326°C. При температурах от – 193°C до температуры плавления устойчива кубическая объемно центрированная модификация лития с параметром элементарной ячейки а = 0, 350 нм.
Осмий добывают на американских и российских рудниках. Богата его месторождение и ЮАР. Довольно часто металл находят в железных метеоритах. Для специалистов представляет интерес осмий-187, который экспортируется только из Казахстана. С его помощью определяют возраст метеоритов. Стоит отметить, что всего один грамм изотопа стоит 10 тысяч долларов
А вот осмий открыли на год позже, чем иридий. Этот твердый металл нашли в химическом составе осадка платины, которая была растворена в царской водке. И название «осмий» получилось из древнегреческого слова «запах» . Металл не подвержен механическому воздействию. При этом, один литр осмия в разы тяжелее, чем десять литров воды.
Ртуть Hg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 80, атомная масса 200, 59; серебристо-белый тяжелый металл, жидкий при комнатной температуре. В природе Ртуть представлена семью стабильными изотопами
Вольфра м - химический элемент с атомным номером 74 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом W. При нормальных условиях представляет собой твёрдый блестящий серебристосерый переходный металл. Вольфрам - самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент - углерод. При стандартных условиях химически стоек.
Хром - элемент побочной подгруппы 6 -й группы 4 го периода периодическо й системы химических элементов Д. И. Менде леева с атомным номером 24. Обозначается символом Cr. Простое вещество хром - твёрдый металл голубо вато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам.
Ка лий - элемент главной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 19. Обозначается символом K. Простое вещество калий (- мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
Серебро - элемент 11 группы (по устаревшей классификации - побочной подгруппы первой группы), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 47. Обозначается символом Ag. Простое вещество серебро - ковкий, пластичный благородный мета ллсеребристобелого цвета. Кристаллическая решётка - гранецентрированная кубическая. Температура плавления - 962 °C, плотность - 10, 5 г/см³.
Натрий. Без соли, говорят, что без воли! Но не стоит забывать, что суточная норма соли – 1 грамм. Многие века пищевая соль считалась одним из символов жизни, была священной. У наших предков издавна существовал обычай: встречай гостя “хлебом солью”. Но иногда соль и “проклятие божье”, т. к. соль в избытке подавляет развитие жизни. Известно много мрачных легенд об озёрах и местностях, где вода и земля пересыщены солью.
Алюминий Al – один из “лидеров” среди всех химических элементов Земли. Алюминия в земной коре почти 8%; его опережают по распространенности только кислород и кремний. Однако получить этот металл удалось сравнительно недавно, меньше двухсот лет назад. С тех пор он стал чрезвычайно широко применяемым металлом – в электротехнике, строительстве, авиации.
Пластичность - это мера способности металла выдерживать растягивающее напряжение - любую силу, которая вытягивает два конца материала друг от друга. Игра перетягивания каната служит хорошим примером прочности на растяжение, применяемой к веревке. Пластичность - пластическая деформация, возникающая в результате таких деформаций. Термин «пластичный» буквально означает, что металлическое вещество способно растягиваться в тонкую проволоку и оно не становится слабее или не становится хрупким в процессе.
Металлы с высокой или низкой пластичностью
Металлы с высокой пластичностью, такие как медь, могут быть втянуты в длинные тонкие провода без разрушения. Медь исторически служила отличным проводником электричества, но этот металл может вести практически все. Металлы с низкой пластичностью, такие как висмут, вместо этого разрываются, когда они подвергаются растягивающему напряжению.
Прочность и способность к сгибанию
В отличие от этого, ковкость - это мера способности металла выдерживать сжатие, такое как удар, прокатка или прессование. Хотя эти два понятия могут показаться похожими на поверхности, металлы, которые являются пластичными, не обязательно податливы. Общим примером различий между этими двумя свойствами является свинец, который обладает высокой податливостью, но не очень пластичным из-за его кристаллической структуры. Кристаллическая структура металлов диктует, как они будут деформироваться под стрессом.
Атомные частицы, которые матирующие металлы могут деформироваться под напряжением, либо скользят друг над другом, либо растягиваются друг от друга.
Кристаллическая структура более пластичных металлов позволяет атомам металла растягиваться дальше, процесс, называемый «двойникованием». Более пластичные металлы - это те, которые более легко близки, и они также более легко деформируются в других направлениях.
Влияние температуры
Пластичность в металлах также связана с температурой.
Когда металлы нагреваются, они обычно становятся менее хрупкими, что приводит к пластической деформации. Другими словами, большинство металлов становятся более пластичными, когда их нагревают, и их легче втягивать в провода без разрушения. Свидетельство является исключением из этого правила, поскольку оно становится более хрупким, поскольку оно нагревается.
Каковы самые ковкие металлы?
Пока трудно сравнивать пластичность между металлами, золото и платина считаются самыми пластичными. Говорят, что золото можно втянуть в провода так прекрасно, что одна унция металла может достигать до пятидесяти миль.