Visoko tehnicka skola

Visoko tehnicka skola strukovnih studija Pozarevac

Seminarski rad iz

masinskih materijala

tema: Podela metalaIme i Prezime Profesora: Ime i Prezime studenta:

Zoran Pesic

Zoran Stojanovic

Sadrzaj

I glava1. Metali

2. Podela metala

3. Gradja metala

4. Kristalne resetke

5. Stvarno nastajanje kristala

6. Svojstva anizotropije metala

7. Nacin izucavanja strukture

II glava1.Kristalizacija

I.Glava

1.Metali

Metalima se nazivaju I smatraju,prema hemiji,odredjena grupa elemenata u levom delu periodicne tablice D.I.Mendeljeva (tab.I).Elementi te grupe stupajuci u hemisjsku reakciju sa elementima,koji predstavljaju nemetale,odaju im svoje spoljasne valentine elektrone.Ova pojava je,kod metala,posledica slabe veze elektrona spoljne ljuske sa jezgrom atoma.Osim toga,prema jednoj klasifikaciji metala i nemetal,kod metala atomi u spoljasnoj ljusci imaju 1 do 3 elektrona,dok kod nemetala ima 5 do 8;na primer,atomi aliminijuma ima tri valentna elektrona tj.dva atoma aliminijuma imaju ukupno sest,a trebalo bi da imaju osam da bi se obrazovala stabilna ljuska elektrona.Na suprot tome ,atomi fosfora imaju pet valentnih elektrona pa lako obrazuje stabilni ljusku od osam elektrona koristeci tri elektrona drugog atoma fosfora,radi cega fosfor lako obrazuje dijatomni molekul,te on nije metal.Znaci da dva atoma metala nemaju dovoljan broj elektrona da obrazuju stabilnu elektronsku ljusku.

Druga klasifikacija elementa,na metale i nemetale,je elektroliticno ponasanje elemenata.Prema ovom kriterijumu pri elektrolizi hemiskih jedinjena elementi koji se javljaju na katodi jesu metali dok nemetali odlaze na anode.Ovaj kriterijum ne moze posluziti kao potpuna definicija jer ukljucuje i vodonik,koji u cvrstom stanju svakako nema osobine koje karakterisu metale.

U tehnici nazivamo metalima one materijale koji imaju svojstvo plasticnog oblikovanja.Pre dvesta godina M.V.Lomonosov je dao definiciju metali su svetla tela,koja se mogu kovati,koja se odrzala sve do danas.Ova svojstva nemaju samo cisti metali,kao sto su: Al,Cu,Fe itd.,vec i legure tj.slozeni materijali od nekoliko elemenata-metala ili metala i nemetala.

Pored metalnog sjaja i plasticnosti metali imaju vrlo izrazena svojstva provodnosti elektriciteta i toplote.Ova svojstva su zasnivana na specificnosti gradje metala.Metali kristaliziraju u odredjene kristalne resetke u kojima su pozitivni joni rasporedjeni na odredjena mesta,dok su slobodni elektroni lako po merljivi.U odredjenim uslovima,na primer:pri pojavi razlike potencijala kretanje,elektrona se usmerava u jednom smeru i dolazi do stvaranja elektricnog toka.Dakle laka pokretljivost elektrona u metalima I njihova slaba veza sa atomima daju metalima odredjena svojstva,kao sto su: dobra provodljivost elektriciteta i toplote,metalni sjaj,plasticnost itd.2.Podela metala

Metali se razlikuju jedan od drugog svojim gradjom,svojstvima,bojom,specificnom tezinom itd.

Prema boji metale delimo na:

Crne metale na celu sa gvozdjem,koji imaju tamno sivu boju,relativno veliku dustocu-preko3 g/cm3,visoku temperature topljenja,relativno visoku tvrdocu i u vecini slucajeva su polimorfni.

Obojene metale,na celu sa bakrom,smatramo metale crvene,zute I bele boje.Ovi metali imaju jace izrazeno svojstvo plasticnosti,malu tvrdocu,relativno nisku temperature topljenja I nemaju svojstva polimorfije.

Crni metali U ovu grupu metala spadaju:

Fero metali tj. Gvozdje,kobalt,nikal i mangan kao metal blizak,po svojim svojstvima,navedenim ferometalima.Kobal,nikal i mangan su cesto dodatni elementi legurama gvozdja,ili su cak i osnovni elementi kod visoko legiranih celika.

Tesko topljivi metali su oni,cija je temperatura topljenja cisa od temperature topljenja gvozdja (1539C).Ovi metali se upotrebljavaju kao legirajuci elementi celika ili kao osnovni kod odgovarajucih celika.

Uranovi metali,nazvani aktinidi,upotrebljavaju se uglavnom u legurama za atomsku energetiku.

Retki (zemni ) metali,kao sto su: Lantanijum,cerijum,neodijum,prazedijum i dr.,nazvani su jednim imenom lantanidi,kao i nima po svojstvima slicnim itrijum i skandijum.Ovi metali imaju vrlo slicna hemijska svojstvima ali prilicno razlicita fizicka svojstva,recimo temperaturu topljenja.Ovi metali se u prirodi nalaze zajedno,tesko ih je razdvojiti te se u legurama dodaju kao smesa metala,na primer: sadrzajem 40-45 % cerijuma i 40-50% ostalih retko zemenih metala,kao sto je ferocerijum (kegura Ce i Fe sa prilicnom kolicinom ostalih retko zemnih metala).

Elementi kao sto su : litijum,natrijum,kalijum,stroncijum,rubidijum,cezijum,barijum,francijum,i radijum nemaju primenu kao metali u slobodnom stanju sem u specijalnim slucajevima, na primer u ulozi prenosioca toplote kod atomnih reaktora.

Objeni metali

Laki metali imaju malu gustocu tj.ispod 3 g/cm3 kao sto su berilijum,aluminijum i magnezijum.

Plemeniti metali imaju vrlo veliku otpornost protiv korozije,kao sto su : zlato,srebro,platina,i metali koji spadaju u grupu platine,paiadijum,iridujum,radijum,osmijum i rutenijum.

Lako topljivi metali u koje spadaju: cink,kadmijum,ziva,indijum,olovo,bizmut,talijum,kalijum,antimon kao i elementi sa snizenim metanima svojstvima galijum i germanijum.

Peama svemu do sada recenom , vidimo da imamo veliki broj elemenata (104).od kojih nazivamo metanima samo oko 80,dok su za sada u upotrebi samo oko 16. Medjutim,retko se upotrebljavaju (sem laboratoriskih) cisti metali jer svi oni sadrze u manjoj ili vecoj meri strane primese,te se nasa podela svodi na:

tehnicki ciste metale koji sadrze malu kolicinu primesa koja bitno ne utice na svojstva metala , i

legure kod kojih primese svojstvom kolicinom prouzrokuju osetljive promene koje se odrzavaju na njihova svojstva.

3.Gradja metala

Pronalaskom rentgera (Rentgen 1895 god.) odnosno njegovim promenom za izucavanje gradje metala (Lau 1912 god.) utvrdjeno je da postoje dve vrste materijala,i to:

Amorfne materije i

Kristalne materije.

Amorfne materije , su materije kod kojih nepostoji nikakav odredjena zakonomernost rasporeda atoma,kao sto je na primer:staklo,smola itd.Pri zagrevanju staklo meksava i postepeno prelazi u tecno stanje.Obrnuto tj. Pri hladjenju tecnog stakla s padom temperature ono ce sve vise da sgusnjava dok potpuno ne predje u cvrsto stanje.Znaci,amorfne materije nemaju odredjenu temperaturu topljenja i ocvrscavanja,tj.temperaturu prelaza iz jednog stanja u drugo agregatno stanje.Prema tome tvrdo staklo mozemo smatrati kao jako zgusnutu tecnost.Pored toga amorfne materije imaju ista svojstva svim smerovima,sto nazivamo izotropijom ,koja je ustvari posledica nezakonomernog rasporeda atoma u prostoru.

Kristalne materije su materije kod kojih se pri prelazu iz tecnog u cvrsto stanje atomi rasporedjuju u prostor po jednom odredjenom pravilu stvarajuci kristalne resetke koje su svojstvene metalima.

Od nacina rasporedjivanja atoma u prostoru zavisice i svojstva metala,dok nacin medjusobnog povezivanja atoma u prostoru zavisi od prirode hemijskih elemenata i nije uvek isti.

Rastojanja medju atomima u kristalnim resetci mogu biti razlicita u raznim smerovima te su i svojstva kristala u raznim smerovima razlicita sto se naziva anizotropijom.

4.Kristalne resetke metala

Krisalno stanje metala karakterise odredjeno zakonomerno rasporedjivanje atoma u prostoru.

Dok se metal nalazi u rastopljenom stanju atomi metala su povezani bez ikakve zakonomernosti i lako se mogu pomerati.Medjutim,pri ocvrscavanju atomi metala gube svoje svojstvo lake pomerljivosti i pravilno se rasporedjuju u posebnie kristalografske ravni.

Visekratnim paralelnim rasporedjivanjem kristalografskih ravni u prostoru dobijamo prostornu kristalnu resetku.Vecina metala kristalise u tri prostorne kristalne resetke:kubnu,tetrogonalnu i heksogonalnu.Prepostavimo da se atomi pri rasporedjivanju u prostoru ponavljaju u tri smera a1,a2 i a3.Ovako rasporedjivanje u prostoru dovodi do obrazovanja prostornih sema,koje ..Ne ove resetke su gusce zaposednute atomima,jer u centru svake strane kuba ima po jedan atom.Osim strana kuba kod ove resetke imamo povrsine jos bogatije zaposednute atoma,kada dobijemo povrsinu(2.7.4)na koju su jos atomi 9,10 i 11;vidimo da je ova povrsina,odnosno ravnina,najvise zaposednuta atomima.

Ovake ravni su od neobicne vaznosti jer je po njima klizanje jednog dela kristala u odnosu na drugi,odnosno to su ravni plasticnog deformisanja kristala i nazivaju se ravni lizanja.Kod povrsinski centrirane kubne resetke imamo 4.Iz ovoga se moze zakljuciti da po ovoj resetci kristaliziraju rastezljivi metali,kao sto su:-Fe,Al,Cu,Pb i dr.

Pored toga kod povrsinski centrirane kubne resetke imamo i pravce vrlo bogato zaposednute atomima,to su dijagonalne strane kuba koje nazivamo s merovima klizanja.Kod povrsinski centrirane kubne resetke imamo 12 najpovoljnijih smerova klizanja,dok kod prostorno cemtrirane imamo samo 4,a to su dijagonale kubna.

Osim napred navedenih odluka povrsinski centrirane kubne resetke imamo jos jednu veoma vaznu ,a to je slobodan prostor u sredini resetke u koji je moguce smestiti jedan manji atom nekog stranog elementa,a da se resetka ne deformise.Smestanjem atoma stranog elementa u slobodan prostor ove resetke dobijaju se posebni tipovi kristala,koje nazivamo Mesavitim kristalima, kao sto su -mesoviti kristali gvozdja,koji imaju u sebi atom ugljenika.

Heksogonalna kristalna resetka

Kod heksogonalne kristalne resetke atomi su rasporedjeni po rogljevima i u presecistu dijagonala sestougaone baze prizme .

U drugoj ravni razmesteni su atomi u medjuprostoru atomi prve ravni.

U trecoj ravni atomi su rasporedjeni kao i u prvoj ravni tj. bazi prizme .Heksogonalna resetka je takodje gusto zaposednutima atomima,tj.jednoj resetci pripada sest atoma.Ravnina najvise zaposednuta atomima je druga tj.paralelna sa bazama.Pravci najvise zaposednuti atomima nalaze se takodje u toj ravnini i to u tri razlicira smera,koji medjusobno zatvaraju uglove od 120.Prema tome , ova kristalna resetka je siromasnija ravnima i smerovima klizanja od kubnih resetki. Iz ovoga se moze zakljuciti da metali koji kristaliziraju po ovoj resetci tesko se obradjuju plasticnom deformacijom,kao sto su :

Be,Mg,Ti,Co i dr.

Tetragonalna kristalna resetka

Neki metali kristaliziraju po tetragonalnoj resetci.Ona predstavlja pravilnu cetvorostranu prizmu sa velicinom odnosa visine (c) prizme i sirine strane (a) baze vecom od 1,tj. c/a