Ari është metali më popullor në histori, në kulturë, në ekonomi. Për zotërimin e saj, u derdhën lumenj gjaku, shpërthyen grindjet familjare dhe madje u bënë luftëra. Rëndësia e tij për të gjithë qytetërimin njerëzor bazohet në vetitë e tij unike kimike dhe fizike, në veçoritë e strukturës së brendshme.
Ari është metali më duktil. Kjo cilësi e bën atë të kërkuar kudo: nga bizhuteritë te mikroelektronika.
Metali "metal".
Të gjitha vetitë më të dukshme janë të përqendruara në ar, të cilin shkencëtarët e quajnë metalik. Për sa i përket përçueshmërisë elektrike, është i dyti vetëm pas argjendit, bakrit dhe paladiumit të pastër. Për sa i përket përçueshmërisë termike - i njëjti argjend, bakër dhe kobalt. Për sa i përket aftësisë së tij për të thithur energjinë termike, ari është i dyti vetëm pas bismutit ekzotik, përpara merkurit dhe argjendit. Për vetitë e tjera "metalike" - lakueshmëria dhe - është një kampion. Ari është metali më duktil në botë dhe shkëlqimi i tij është një koncept legjendar.
Ari është gjithashtu shumë metalik. Është një rrjetë kristalore gjeometrikisht e rregullt me jone pozitive në nyjet dhe një re gazi "elektronik" të dendur në përqendrim midis tyre. Kjo pjesë e atomit përbëhet nga elektrone të lira të vendosura në nivelin e jashtëm të energjisë. Ato krijojnë një forcë tërheqëse midis nyjeve të grilës, e cila siguron aftësinë e metalit për t'u deformuar pa cenuar integritetin e përgjithshëm. Kështu funksionon metali më duktil.
Përkufizimi i plasticitetit
Nga greqishtja Πλαστική ("skulpturë", "derdhur") erdhi fjala "plastikë", e cila shkaktoi të tjera të lidhura me një ndryshim në formën e një trupi të fortë. Plasticiteti - vetia e një trupi të ngurtë për të ndryshuar formën dhe madhësinë dhe për të ruajtur deformimin e mbetur pas përfundimit të veprimit të forcave të jashtme pa ndryshuar vëllimin dhe pa cenuar integritetin.
Për metalet, kjo është një nga karakteristikat më të rëndësishme që i lejon ato të përdoren në praktikë. Pa aftësinë për t'i dhënë boshllëqeve metalike formën e dëshiruar, do të ishte e pamundur të krijoheshin edhe sendet më të thjeshta shtëpiake. Ari është metali më duktil dhe produktet e prodhuara prej tij janë një shembull se çfarë forme mund t'i jepet një materiali mjaftueshëm të lakueshëm duke farkëtuar, presion, rrotullim, vizatim, vizatim, etj. Vetia e materialit që ka kuptim të kundërt është brishtësia.
Testi i plastikës
Karakteristikat e duktilitetit të metaleve zakonisht përcaktohen nga testimi statik. Më e rëndësishmja është prova e tërheqjes. Për të zbuluar se cili metal është më duktil, është e nevojshme t'i nënshtrohen mostrave të së njëjtës madhësi në kushte të ngjashme të temperaturës ndaj një efekti të tillë. Sasia e deformimit që mund të përballojë një kampion metalik përpara shkatërrimit është një tregues objektiv i plasticitetit.
Shprehja numerike e rezultatit të provave në tërheqje janë dy koeficientë kryesorë. Zgjatimi relativ - përqindja e gjatësisë së rritur të kampionit pas një këputjeje të shkaktuar nga deformimi, ndaj origjinalit. Metali më plastik - ari - ka një tregues - 65%. Për krahasim: hekuri ka 40-50, alumini ka 30-40.
Treguesi i dytë i plasticitetit është ngushtimi relativ i seksionit kryq të kampionit. Për arin, pjesa fillestare e kampionit është 90% më e madhe se ajo që ka përpara se të thyhet. Për aluminin, kjo shifër është 80%, për bakrin - 75%.
E butë, viskoze dhe e qëndrueshme
Në shkallën e fortësisë Mohs, ari ka një tregues prej 2.5-3.7. Në formën e tij të pastër, ky metal është shumë më i butë se shumë materiale të zakonshme dhe gërvishtet me thikë apo edhe me thonj. Prandaj, për të shmangur konsumimin e shpejtë të sendeve të arit, elementë të veçantë të lidhjes përforcuese, zakonisht argjendi ose bakri, i shtohen metalit për prodhimin e tyre. Ari gjithashtu ka papastërti të dëmshme. Metali më duktil në tabelën periodike në prani të plumbit, platinit, kadmiumit ose squfurit bëhet i brishtë.
Butësia e arit është e një natyre të veçantë, plotësohet nga viskoziteti dhe lakueshmëria e tij. Komoditeti i formimit dhe përpunimit teknologjik të pjesëve plotësohet me forcë të lartë tërheqëse - 3300 kg / cm 2. Ky kombinim unik i karakteristikave fizike dhe mekanike të arit është përdorur që nga kohërat e lashta. Një shembull është fletë ari.
Kupolat në Rusi janë të mbuluara me ar të pastër...
Pavarësisht historisë shekullore të nxjerrjes së arit, ky metal është konsideruar gjithmonë i rrallë dhe i çmuar. Është metali më duktil. Kjo cilësi e bën me kosto efektive përdorimin për dekorimin e elementëve të brendshëm apo edhe për mbulimin e kupolave të kishës. Për të mbuluar një sipërfaqe të madhe, kërkohet shumë pak metal i çmuar: 1 gram pjatë mund të farkëtohet në një fletë me sipërfaqe 1 m 2.
Edhe metoda manuale e marrjes së fletëve për prarim bën të mundur arritjen e një trashësie prej një të mijtës së milimetrit. Kjo trashësi lejon që pllakat e arit të ngjiten në sipërfaqe për shkak të tërheqjes molekulare. Teknologjia e marrjes së xhingël është përmirësuar ndjeshëm. Tani linjat robotike përdoren për të rrafshuar fletët e arit, por procesi bazohet në plasticitetin e lartë të materialit burimor.
Fije e artë
Aftësia e arit për t'i bërë ballë forcës tërheqëse pa u thyer është e njohur që nga fillimi i përdorimit të tij komercial. Prodhimi i një teli të tillë për bizhuteri u krijua në kohët e lashta - mjeshtrit e lashtë e dinin tashmë se cili metal ishte më plastika. Në mesin e shekullit të 20-të, u prodhua një mikrotel me një bërthamë ari, i cili edhe me izolim plastik ishte 7 herë më i hollë se një qime njerëzore. Një fije e vazhdueshme ari rreth 3.5 km e gjatë u nxor nga 1 gram metal.
Teknologjitë e sotme kanë sjellë trashësinë e telit të arit në disa mikronë, zhvillimi i mëtejshëm i avantazheve teknologjike të metalit vazhdon.
Plasticiteti është vetia e një metali që të deformohet plastikisht pa u thyer nën veprimin e forcave të jashtme. Kjo është një nga vetitë e rëndësishme mekanike të metalit, e cila, e kombinuar me forcën e lartë, e bën atë materialin kryesor strukturor. Nuk kërkohen ekzemplarë dhe pajisje për të përcaktuar plasticitetin. Treguesit (karakteristikat) e plasticitetit - zgjatja relative (delta) dhe ngushtimi 
(xi).
Zgjatim relativ 
është raporti i zgjatjes absolute, d.m.th., rritja në gjatësinë e vlerësuar të kampionit pas këputjes 
, në gjatësinë e tij fillestare të vlerësuar 
, mm, shprehur si përqindje:
%,
(2)
ku 
është gjatësia e kampionit pas këputjes, mm.
Ngushtim relativ 
është raporti i ngushtimit absolut, d.m.th., zvogëlimi i zonës së prerjes tërthore të kampionit pas këputjes 
, në zonën e saj origjinale të prerjes tërthore
mm 2, e shprehur në përqindje:
%,
(3)
ku 
është zona e prerjes tërthore të kampionit pas këputjes, mm 2.
Fortësia e metaleve
Fortësia është vetia e një metali për t'i rezistuar depërtimit të një trupi tjetër më të fortë në të. Për të përcaktuar ngurtësinë nuk kërkohet prodhimi i mostrave të veçanta, testet kryhen pa shkatërruar metalin.
Fortësia e metalit përcaktohet me metoda direkte dhe indirekte: dhëmbëzimi, gërvishtja, zmbrapsja elastike, magnetike.
Me metoda të drejtpërdrejta, një majë e fortë (indentues) me forma të ndryshme (top, kon, piramidë) e bërë nga çeliku i ngurtësuar, diamanti ose aliazh i fortë shtypet në metal. Pas heqjes së ngarkesës në dhëmbëzimin, në metal mbetet një gjurmë, e cila karakterizon ngurtësinë.
Metoda Brinell. Një top çeliku i ngurtësuar me një diametër prej 10 mm shtypet në një sipërfaqe të sheshtë metalike (Figura 2). Pasi të hiqet ngarkesa, një gjurmë (vrimë) mbetet në metal. Diametri i dhëmbëzimit d matet me mikroskop të veçantë me saktësi 0,05 mm. Në praktikë, përdoret një tabelë e veçantë, në të cilën diametri i dhëmbëzimit d korrespondon me një numër të caktuar fortësie HB.
diametri i topit D dhe ngarkesës P vendoset në varësi të fortësisë dhe trashësisë së metalit të testuar. Për shembull, për çelikun dhe gize, ngarkesa R= 3000 kg; D= 10 mm. Fortësia e hekurit të pastër komercial sipas Brinell është 80 - 90 njësi.
a - sipas Brinell; b - sipas Rockwell
Figura 2 - Skema e testit të fortësisë
Metoda Brinell nuk rekomandohet për metale me fortësi më të madhe se HB 450, pasi topi mund të deformohet dhe si rezultat do të merret një rezultat i shtrembëruar. Kjo metodë përdoret kryesisht për të matur ngurtësinë e boshllëqeve dhe produkteve gjysëm të gatshme të bëra nga metali i paforcuar.
Metoda Rockwell. Fortësia përcaktohet nga thellësia e dhëmbëzimit. Indentuesi është një top i ngurtësuar prej çeliku me një diametër prej 1,58 mm për metalet e buta ose një kon diamanti me një kënd në majë prej 120º për metalet e forta dhe super të forta (më shumë se HRC 70) (Figura 2, b).
Topi dhe koni shtypen në metal nën veprimin e dy ngarkesave - paraprake dhe kryesore. Ngarkesa totale është e barabartë me shumën e tyre. Parangarkesa supozohet të jetë e njëjtë për të gjitha metalet (10 kg). Para fillimit të provës, gjilpëra e madhe e testuesit të fortësisë vendoset në "0" të shkallës së treguesit, dhe më pas ngarkesa kryesore ndizet - shigjeta e madhe lëviz përgjatë shkallës së treguesit dhe tregon vlerën e fortësisë.
Kur shtypet një top çeliku, ngarkesa është 100 kg, ngurtësia lexohet në shkallën e brendshme (të kuqe) të treguesit, fortësia përcaktohet HRB. Kur shtypet koni i diamantit, fortësia përcaktohet nga treguesi i shigjetës në shkallën e jashtme (të zezë) të treguesit. Për metalet e ngurta, ngarkesa kryesore është 150 kg. Kjo është metoda kryesore për matjen e fortësisë së çeliqeve të ngurtësuar. Emërtimi i fortësisë është HRC.
Për materialet shumë të forta dhe të holla, ngarkesa supozohet të jetë 60 kg. Emërtimi i fortësisë është HRA.
Metoda e fortësisë Rockwell ju lejon të testoni metale të buta dhe të forta, ndërsa mbresat nga topi ose koni janë shumë të vogla, kështu që kjo metodë mund të masë edhe fortësinë e pjesëve të përfunduara. Sipërfaqja që do të testohet duhet të jetë e bluar. Matjet kryhen shpejt (brenda 30 - 60 s), nuk kërkohen llogaritje, pasi vlera e fortësisë merret nga shkalla e treguesit të fortësisë.
Metoda Vickers. Një piramidë diamanti me katër anë shtypet në sipërfaqe për t'u testuar (e bluar ose e lëmuar) nën një ngarkesë prej 5, 10, 20, 30, 50 ose 100 kg. Metali lë një gjurmë katrore. Diagonalja e gjurmës matet me një mikroskop të veçantë të një testuesi të fortësisë (Figura 3).
|
Figura 3 - Skema e testit të fortësisë së Vickers |
Duke ditur ngarkesën në piramidë dhe diagonalen e gjurmës, tabelat përcaktojnë fortësinë e metalit HV.
Metoda është universale. Mund të përdoret për të përcaktuar fortësinë e pjesëve me trashësi të vogël dhe shtresave të holla sipërfaqësore me fortësi të lartë (pas nitrizimit, nitrokarburizimit etj.) Sa më i hollë të jetë metali aq më e vogël duhet të jetë ngarkesa në piramidë, por me ngarkesë të madhe. , rezultati është më i saktë.
Plasticiteti është aftësia e një metali për të marrë një formë të re nën ngarkesë pa u thyer.
duktiliteti i metaleve përcaktohet gjithashtu nga testimi në tërheqje. Kjo veti gjendet në faktin se nën veprimin e një ngarkese, mostrat e metaleve të ndryshme zgjaten në shkallë të ndryshme dhe seksioni i tyre kryq zvogëlohet. Sa më shumë që kampioni të jetë në gjendje të zgjatet dhe seksioni i tij tërthore të ngushtohet, aq më shumë plastik është metali i kampionit.
Nevoja për të përcaktuar duktilitetin e metaleve shkaktohet nga fakti se metalet duktile mund t'i nënshtrohen trajtimit me presion, d.m.th., të farkëtuar, stampuar ose në mullinj rrotullimi për t'i kthyer shufrat metalike në shirita, fletë, shufra, shina dhe shumë produkte të tjera. dhe boshllëqe.
Ndryshe nga duktilët, metalet e brishtë thyhen nën ngarkesë pa ndryshuar formën e tyre. Kur testohen, ekzemplarët e brishtë dështojnë pa zgjatur, papritmas. Brishtësia është një veti negative. Mjaft i përshtatshëm për prodhimin e pjesëve të makinerive do të jetë jo vetëm i fortë, por edhe në një masë të caktuar metali duktil.
Për të marrë një ide mbi duktilitetin e një metali dhe për të përcaktuar vlerën e kësaj vetie, ekzistojnë dy njësi matëse: zgjatja relative dhe ngushtimi relativ në thyerje.
Vlera e zgjatjes përcaktohet gjatë testimit si më poshtë.
Së pari, llogaritet zgjatja totale e mostrës në thyerjen l 1 -l 0, d.m.th., nga gjatësia e saj në momentin e thyerjes l 1, llogaritet gjatësia fillestare l 0. Diferenca që rezulton mund të shërbejë si një tregues i duktilitetit të metaleve vetëm nëse gjatësia e mostrave të provës ishte gjithmonë e njëjtë.
Megjithatë, në gjatësi të ndryshme fillestare të mostrave, zgjatja e tyre është e pamjaftueshme për të krahasuar duktilitetin e metaleve, pasi mostrat e gjata do të zgjaten në thyerje më shumë se mostrat e shkurtra të të njëjtit metal.
Prandaj, për të qenë në gjendje të krahasojmë plasticitetin e metaleve të ndryshëm, është e nevojshme të merret parasysh se sa është gjatësia fillestare e kampionit dhe çfarë zgjatimi ka marrë në thyerje në raport me gjatësinë e saj fillestare.
Zgjerim relativështë zakon të shprehet numerikisht si përqindje në lidhje me gjatësinë fillestare të kampionit dhe të shënuar me shkronjën δ n.
Shembull Gjatësia fillestare e kampionit l 0 = 200 mm; gjatësia në pushim ishte 236 mm; zgjatimi i ekzemplarit ishte 236–200 = 36 mm. Zgjerim relativ
Zgjatja relative (%) gjatë testimit të disa metaleve është: për zink 20, alumin 40, kallaj 40, hekur 45, plumb 45, nikel 50, bakër 50.
Vlera e dytë që karakterizon plasticitetin e metaleve, ngushtimi relativ në thyerjen ψ, përcaktohet në mënyrë të ngjashme:
ku F 0 është sipërfaqja fillestare e seksionit kryq të kampionit përpara testimit, mm 2; F 1 - zona e seksionit kryq të kampionit në këputje, mm 2.
Kështu, konja është raporti i sasisë së zvogëlimit në zonën e prerjes kryq të kampionit në thyerje me zonën origjinale të seksionit kryq.
Metali më i brishtë. Antimoni është një metal i shkëlqyeshëm i bardhë argjendi me një thyerje të trashë kristalore lamelare ose grimcuar, në varësi të shpejtësisë së ngurtësimit nga gjendja e shkrirë.
Ari është një nga metalet më të rënda dhe më të bukura të njohura në planetin tonë. Dendësia e arit të pastër është - 19,3 g/cm 3. Një top prej ari të pastër me një diametër prej vetëm 46 mm ka një masë prej 1 kg treni të ngarkuar.
Ari është metali më duktil, është e lehtë ta rrafshosh, ta kthesh në pllakat dhe fletët më të holla. Mund të përdoret për të bërë fletë metalike me trashësi më të vogël se 0.001 mm. Me një rrallim të fortë, ai bëhet transparent dhe ka një nuancë të gjelbër në dritë.
LITIUM - Li, një element kimik me numër atomik 3, masë atomike 6, 941. Simboli kimik Li lexohet në të njëjtën mënyrë si emri i vetë elementit.
Në sistemin periodik të D. I. Mendeleev, litiumi ndodhet në periudhën e dytë, grupi IA dhe i përket numrit të metaleve alkali.
Vetitë fizike dhe kimike: litiumi është metali më i lehtë, dendësia e tij është 0,534 g / cm 3. Pika e shkrirjes 180,5 ° C, pika e vlimit 1326 ° C. Në temperaturat nga –193°C deri në pikën e shkrirjes, modifikimi i litiumit në qendër të trupit kub me parametrin e qelizës njësi a = 0,350 nm është i qëndrueshëm.
Osmiumi është minuar në minierat amerikane dhe ruse. Depozita e saj është e pasur edhe në Afrikën e Jugut. Shumë shpesh, metali gjendet në meteorite hekuri. Për specialistët, interes është osmiumi-187, i cili eksportohet vetëm nga Kazakistani. Përdoret për të përcaktuar moshën e meteoritëve. Vlen të theksohet se vetëm një gram izotop kushton 10 mijë dollarë.
Por osmiumi u zbulua një vit më vonë se iridiumi. Ky metal i fortë u gjet në përbërjen kimike të precipitatit të platinit, i cili ishte tretur në aqua regia. Dhe emri "osmium" erdhi nga fjala e lashtë greke "erë". Metali nuk i nënshtrohet stresit mekanik. Në të njëjtën kohë, një litër osmium është disa herë më i rëndë se dhjetë litra ujë.
Mërkuri Hg, element kimik i grupit II të sistemit periodik të Mendelejevit, numri atomik 80, masa atomike 200,59; metal i rëndë argjend-bardhë, i lëngshëm në temperaturën e dhomës. Në natyrë, merkuri përfaqësohet nga shtatë izotope të qëndrueshme.
Tungsteni m është një element kimik me numër atomik 74 në Tabelën Periodike të Elementeve Kimike të D. I. Mendeleev, i shënuar me simbolin W. Në kushte normale, ai është një metal kalimtar i ngurtë, me shkëlqim, argjendi-gri. Tungsteni është metali më refraktar. Vetëm elementi jometalik, karboni, ka një pikë shkrirjeje më të lartë. Në kushte standarde, kimikisht rezistent.
Kromi është një element i një nëngrupi anësor të grupit të 6-të të periudhës së 4-të të sistemit periodik të elementeve kimike të D. I. Mendeleev me numër atomik 24. Përcaktohet me simbolin Cr. Substanca e thjeshtë krom është një metal i fortë i bardhë-kaltërosh. Kromi nganjëherë referohet si një metal me ngjyra.
Kaliumi është një element i nëngrupit kryesor të grupit të parë, periudha e katërt e sistemit periodik të elementeve kimike të D. I. Mendeleev, me numër atomik 19. Shënohet me simbolin K. Substanca e thjeshtë kalium (- një metal i butë alkali me ngjyrë argjendi-të bardhë.
Argjendi është një element i grupit 11 (sipas klasifikimit të vjetëruar - një nëngrup anësor i grupit të parë), periudha e pestë e sistemit periodik të elementeve kimike të D. I. Mendeleev, me numër atomik 47. Përcaktohet me simbolin Ag. Substanca e thjeshtë argjendi është një metal fisnik i lakueshëm, duktil, me ngjyrë argjendi të bardhë. Rrjeta kristalore është kub e përqendruar në fytyrë. Pika e shkrirjes - 962 ° C, dendësia - 10,5 g / cm³.
Natriumi. Pa kripë e thonë pa vullnet! Por mos harroni se norma ditore e kripës është 1 gram. Për shumë shekuj, kripa ushqimore konsiderohej si një nga simbolet e jetës, ishte e shenjtë. Paraardhësit tanë kanë pasur prej kohësh një zakon: takoni mysafirin me "bukë dhe kripë". Por ndonjëherë kripa dhe "mallkimi i Zotit", sepse kripa e tepërt e pengon zhvillimin e jetës. Ka shumë legjenda të errëta për liqenet dhe vendet ku uji dhe toka janë të ngopur me kripë.
Alumini Al është një nga "udhëheqësit" midis të gjithë elementëve kimikë të Tokës. Alumini në koren e tokës është pothuajse 8%; tejkalohet në bollëk vetëm nga oksigjeni dhe silikoni. Sidoqoftë, ky metal u mor relativisht kohët e fundit, më pak se dyqind vjet më parë. Që atëherë, ai është bërë një metal jashtëzakonisht i përdorur - në inxhinieri elektrike, ndërtim, aviacion.
Duktiliteti është një masë e aftësisë së një metali për t'i bërë ballë stresit në tërheqje - çdo forcë që tërheq dy skajet e një materiali. Loja e tërheqjes së luftës është një shembull i mirë i forcës në tërheqje të aplikuar në një litar. Plasticiteti është deformimi plastik që rezulton nga deformime të tilla. Termi "duktil" fjalë për fjalë do të thotë që një substancë metalike është e aftë të shtrihet në një tel të hollë dhe nuk bëhet më e dobët ose e brishtë gjatë procesit.
Metalet me duktilitet të lartë ose të ulët
Metalet me duktilitet të lartë, si bakri, mund të tërhiqen në tela të gjatë dhe të hollë pa u thyer. Bakri ka shërbyer historikisht si një përcjellës i shkëlqyer i elektricitetit, por ky metal mund të përçojë pothuajse çdo gjë. Metalet me duktilitet të ulët, si bismuti, në vend të kësaj çahen kur i nënshtrohen stresit në tërheqje.
Forca dhe aftësia përkulëse
Në të kundërt, lakueshmëria është një masë e aftësisë së një metali për t'i bërë ballë ngjeshjes si goditje, rrotullim ose shtypje. Megjithëse të dy konceptet mund të duken të ngjashme në sipërfaqe, metalet që janë duktile nuk janë domosdoshmërisht të lakueshëm. Një shembull i zakonshëm i ndryshimit midis këtyre dy vetive është plumbi, i cili është shumë i lakueshëm, por jo shumë duktil për shkak të strukturës së tij kristalore. Struktura kristalore e metaleve dikton se si do të deformohen nën stres.
Grimcat atomike që metalet mat mund të deformohen nën stres ose rrëshqasin mbi njëra-tjetrën ose shpërndahen.
Struktura kristalore e metaleve më duktile lejon që atomet metalike të shtrihen më tej, një proces i quajtur "binjakëzimi". Metalet më duktile janë ato që afrohen më lehtë dhe gjithashtu deformohen më lehtë në drejtime të tjera.
Efekti i temperaturës
Plasticiteti në metale lidhet edhe me temperaturën.
Kur metalet nxehen, ato zakonisht bëhen më pak të brishta, duke rezultuar në deformim plastik. Me fjalë të tjera, shumica e metaleve bëhen më duktile kur nxehen dhe janë më të lehta për t'u tërhequr në tela pa u thyer. Certifikata është një përjashtim nga ky rregull, pasi bëhet më i brishtë ndërsa nxehet.
Cilat janë metalet më të lakueshme?
Ndërsa është e vështirë të krahasohet duktiliteti midis metaleve, ari dhe platini konsiderohen më duktilët. Thuhet se ari mund të tërhiqet në tela në mënyrë të përsosur, sa një ons e metalit mund të arrijë deri në pesëdhjetë milje.