Materiale metalice - metale feroase si neferoase

MATERIALE METALICE

Curs l

1. Definitie, clasificare si importanta lor

Material metalic: orice metal sau aliaj metalic care se utilizeaza la fabricarea masinilor, instalatiilor, bunurilor materiale.

Metal orice element din tabelul periodic al elementelor care are in structura sa electronica pe straturile energetice superioare 1-3 electroni liberi si a carui conductibilitate electrica descreste pe masura cresterii temperaturii.

Din cele 105 elemente cunoscute (94 elemente naturale) din sistemul periodic al elementelor, majoritatea sunt metale. Metalele la temperatura ambianta se gasesc in stare: 80 solide, 11 gazoase si 3 lichide (Hg, Cs, Ga). Metalele sunt corpuri simple, au luciu metalic, se pot forja, sunt bune conducatoare de caldura si electricitate.

Inceputurile civilizatiei noastre sunt strans legate de cunoasterea si folosirea metalelor. De la cele 7 metale ale lumii antice Au, Cu, Fe, Pb , Sn, Ag, Hg pana la elementul metalic cu numarul atomic numit 101 hafniu au trecut multe milenii si pe masura ce metalele au fost descoperite si cunoscute, omul le-a folosit in scopul satisfacerii nevoilor sale mereu crescande si pentru progresul societatii.

O clasificare a metalelor ar fi:

metale feroase (din grupa fierului);

metale neferoase ( sau colorate) - restul metalelor.

Metalele neferoase, dupa greutatea specifica (duritate), se impart in: metale neferoase usoare (tab. 1), cu p < 5000 kg/m³ (5 g/cm³ ) - 16 metale, si metale neferoase grele (tab. 2) cu p > 5000 kg/m³ dupa unii autori 700 kg/m³.

Tabel 1

Tabel 2

Denumire	Simbol	P [kg/m3]	Tt [°C]		Denumire	Simbol	P [kg/m3]	Tt [°C]
Litiu	Li				Cupru	Cu
Sodiu	Na				Zinc	Zn
Potasiu	K				Cadmiu	Cd
Rubidiu	Rb				Mercur	Hg
Cesiu	Cs				Staniu	Sn
Beriliu	Be				Plumb	Pb
Magneziu	Mg				Crom	Cr
Calciu	Ca				Cobalt	Co		Lucrare: Ganglioplegicele - paralizeaza sinapsa dintre fibrele nervoase eferente si glanda medulosuprarenala Referat: Retele cristaline ale metalelor
Bariu	Ba				Nichel	Ni
Aluminiu	Al

Obs: Cel mai greu metal neferos este Osmiul cu r 22700 kg/m³. Cu valori ale densitatii apropiate de el se situeaza iridiul (22650 ) platina (21450) reniul (21000) Wolframul (19320) aurul (19300) numite metale supergrele.

Dupa temperatura de topire (fuziune) intalnim: metale rare usor fuzibile (tab. 3) si metale rare greu fuzibile (tab. 4).

Se considera metale usor fuzibile cele care au o temperatura de topire scazuta , de obicei sub 500°C si greu fuzibile cele cu temperatura de topire peste 1000°C.

Tabel 3

Tabel 4

De precizat ca in practica (tehnica) metalele se intrebuinteaza mai mult sub forma de aliaje. Aliajul metalic este rezultatul solidificarii unei topituri formate din metale la care pot fi asociate si nemetale care prezinta solubilitate totala in stare lichida si au sau nu solubilitate in stare solida. Atentie! Aliajele metalice pot fi obtinute si prin sinterizare (metalurgia pulberilor).

Ca si metalele, aliajele pot fi clasificate in doua mari categorii: aliaje feroase - fonte si oteluri si aliaje neferoase - alame, bronzuri, aliaje pe baza de aluminiu, magneziu, etc.

Din numarul foarte mare de metale (aprox. 70), nu toate au aceeasi insemnatate si raspandire in tehnica moderna. Este important de retinut ca fierul si aliajele sale ocupa peste 95% din consumul mondial de metale, restul metalelor si aliajelor impreuna flind sub 5%.

Repartitia principalelor elemente:

2. Performantele metalelor

a)    Cel mai usor metal este litiul cu p_Li= 0,534 kg/dm³ , iar cel mai greu metal este osmiul cu ρ_Os⁼ 22,48 kg/dm³. Raportate unul la altul si fiecare in parte la fier se obtin valorile: Os/Li = 42 ; Os/Fe= 2,86; Li/Fe= 0,0684.

b)    Cea mai inalta temperatura de topire o are Wolframul, cu                      T_t = 3410+ 20°C, iar cea mai joasa o are Cesiul cu T_t = 28,6°C. Raportul temperaturii de topire extreme este: T_{t W}/ T_{t Cs}⁼ 119,2.

Omul a fabricat materiale cu temperaturi de topire ridicate, realizand valorile: T_t ( carbura de tantal) = 4000 ± 75°C, T_t ( carbura de hafniu) = 3950 ± 20°C.

c)     Cea mai mare plasticitate o are aurul: din 28,35 g de aur se poate trage o sarma de 69,23km, din 16,4 cm de aur se poate obtine o folie cu grosime de 1,07x10^-4 mm si cu suprafata de 130,235 m .

Dintr-un cubulet de aur cu latura de 3,7 mm se poate obtine un fir cu lungimea de 2 km si cu diametrul de 0,0001 mm adica o zecime de micron. Din acelasi minuscul zar de aur se poate obtine prin laminare la rece o folie patrata cu latura de 80 cm si cu grosimea de numai 0,0008 mm.

d)    Cea mai mare rezistenta la rupere o are safirul (cristal de A1₂O₃) si are valoarea de 4360 daN/mm².

e)    Cea mai fina pulbere se poate face din aluminiu, grauntii cu diametrul de 0,03 microni ceea ce inseamna ca suprafata unui graunte raportata la greutatea sa are valoarea de 75 m/g.

f)      Cel mai rar element de pe Terra este astatiniul . Scoarta cercetata a planetei noastre contine numai 0,3g de astatiniu. Cel mai raspandit element este aluminiul, cu o pondere de 8,13% in scoarta cercetata.

3. Metale pretioase

Un numar de 8 elemente din sistemul periodic al elementelor sunt cunoscute sub denumirea de metale pretioase sau nobile: Au, Ag, Pt, Pd, Ru, Rh, Ir si Os.

Termenul de “nobil” defineste stabilitatea chimica a elementului, iar termenul de “pretios” defineste valoarea intrinseca a metalului. Rezulta, deci, ca cele 8 metale nobile sunt si metale pretioase, darn u toate metalele pretioase sunt si nobile.

Ex. Ag in cavitatea bucala este foarte active si ca atare nu este considerat nobil de unii autori.

Dupa unii autori, metalele pretioase sunt Au, Ag, Pt si metalele platinice.

Def.: Metalele pretioase, Au, Ag, Pt si metalele platinice ( Pd, Ru, Rh, Ir, Os ) sunt acelea care au un continut de 2% sau mai mult de metal pretios fin.

Unitatea de masura a acestora este Titlul si Caratul.

Def.: Titlul reprezinta proportia de metal pretios continuta de un aliaj, exprimata in miimi.

Def.: Caratul – indica continutul relative al aurului din aliajul respective, exprimat sub forma unei parti de aur la 24 de parti de aliaj.

Corespondenta titlu – carat este:

Metalele pretioase clasificate in ordinea temperaturii de topire si reactivi pentru atac:

Exista 5 culori uzuale obtinute in urma alierii aurului pur cu diferite metale:

ROSU – Au cu continut de Cu;

ORANGE – Au cu continut relativ egal de Cu si Ag (cel mai utilizat in Romania);

CITRON – Au cu continut mare de Ag;

VERDE – Au cu continut exclusiv de Ag ( fara Ag );

ALB – Au cu continut de Ni, Pd sau Pt.