Metale i ich stopy

Odkrycie metalu Metale zawsze odgrywały ogromną rolę w życiu człowieka. Ich eksploatacje rozpoczęto około 8 tys. lat temu. Pierwszym metalem wykorzystywanym przez człowieka była miedź.

Pierwsze zastosowanie metali Pierwszym metalem wykorzystywanym przez człowieka była miedź. Wykonywano z niej ostrza narzędzi i broni. Niebyły zbyt twarde, ale po stępieniu łatwo było je przywrócić do pierwotnych kształtów. Narzędzia miedziane zastąpiły narzędzia kamienne.

Epoka brązu Około 6 tys. Lat temu człowiek zaczął wykorzystywać cynę, a szczególnie jej stop z miedzią nazywany brązem. Brąz w porównaniu do miedzi jest o wiele twardszy i wytrzymalszy.

Metale obecnie Stop metali Miedź Cyna Aluminium - Glin Nikiel Wolfram Żelazo

Stop metali mieszanina metali lub metalu z pierwiastkami niemetalicznymi, o właściwościach metalu. Stopy uzyskuje się przez stopienie składników a następnie schłodzenie. Stop najczęściej posiada odmienne właściwości od jego elementów składowych, w niektórych przypadkach nawet niewielkie dodatki wpływają znacznie na właściwości stopu.

Miedź Zastosowanie miedzi Miedź a gospodarka Złoża

Zastosowanie Jest masowo wykorzystywana jako surowiec do produkcji przewodów elektrycznych i ogólnie w elektronice, a także w budownictwie (pokrycie dachów, elementy różnych instalacji), jako barwnik szkła oraz katalizator. Miedź jest dodawana do wielu stopów, zarówno do stali jaki i do stopów aluminium. Jest też dodawana do srebra i złota poprawiając znacznie ich własności mechaniczne.

Miedź a gospodarka Ze względu na duże zapotrzebowanie i stosunkowo małe zasoby naturalne miedź stanowi materiał strategiczny. Większość miedzi wydobywa się jako siarczek w kopalniach odkrywkowych ze złóż porfiru miedziowego zawierającego do 1% miedzi.

Złoża

Cyna Cyny używa się do powlekania blachy żelaznej stosowanej do wyrobu puszek konserwowych. Stopy cyny z ołowiem używane są jako stopy czcionkowe i luty. Do wyrobu sprężyn, łożysk, dzwonów służą stopy miedzi z cyną - brązy. Dwutlenek cyny SnO2 używany jest do otrzymywania szkła mlecznego, do emaliowania .naczyń żelaznych. Siarczek cynowy SnS2, złotawożółty, stosuje się jako sztuczną pozłotę.

Glin Stopy glinu z miedzią i molibdenem zwane duraluminium znalazły wiele zastosowań i są używane do wyrobu: od puszek do napojów do części statków kosmicznych. Czysty, krystaliczny glin jest kruchy i łamliwy. W pirotechnice amatorskiej glin jest używany do robienia domowych petard. Sproszkowany glin używany jest także w hutnictwie do otrzymywania metali z ich tlenków w procesie aluminotermii.

nikiel Nikiel metaliczny jest srebrzystobiałym, połyskującym metalem, trudno korodującym i odpornym na ścieranie. Stosuje się go do tworzenia połyskujących powłok galwanicznych na powierzchni elementów stalowych. Stopy niklu i miedzi są stosowane do wyrobu monet, sztućców itp. Nikiel jest też dodawany do stali do stopów o podwyższonej odporności na korozję.

Wolfram Wolfram stosowany jest jako dodatek do wysokogatunkowej stali, z jego stopów sporządza się elektrody lamp elektronowych i rentgenowskich, włókna żarowe itp. Węglik wolframu dzięki niezwykłej twardości służy do wyrobu materiałów ściernych i narzędzi - jest głównym składnikiem widii. Ze względu na wysoką twardość i ciężar właściwy jest używany do produkcji rdzeni podkalibrowych pocisków przeciwpacernych oraz kompozytowych pocisków pełnokalibrowych.

Żelazo Odkrycie żelaza Ruda Podział rud Złoża żelaza

Odkrycie żelaza Pierwsze żelazo, jakie zaczął wykorzystywać człowiek, pochodziło z meteorytów spadających na Ziemię. Były to nie wielkie ilości i nie zaspokajały potrzeb ludzkości. Ok. 3 tys. Lat p.n.e. nauczono się otrzymywać żelazo z rud.

Podział rud Podział rud: rudy monometaliczne, rudy polimetaliczne (zawierają więcej niż 1 metal), rudy żelaza (magnetyt; chematyd in. tlenek żelaza III; limonit; syderyt in. tlenek żelaza II;) rudy cynku (blenda cynkowa in. siarczek cynku; galman cynkowy in. węglan cynku;) rudy ołowiu (galena in. siarczek ołowiu I;) rudy miedzi (chalkozyn in. siarczek miedzi I; chalkopiryd;) rudy metali nieżelaznych.

Ruda to kopalina, czyli skała lub minerał, z której uzyskuje się jeden lub więcej składników. Ruda w sensie przemysłowym to minerał zawierający związki metali. W rudach występują też inne związki, np. tlenki, które tworzą tzw. skałę płonną.

Złoża żelaza Największe pokłady żelaza znajdują się w: Chinach, Australii, Brazylii, Rosji i Indiach. W Polsce zasobów żelaza w okolicach Suwałk nie wydobywa się w związku z groźbą zaistnienia katastrofy ekologicznej oraz z uwagi na głębokie położenie złóż.

Schemat wielkiego pieca Wielki piec: piec szybowy do wytapiania surówki ze wsadu składającego się z rudy żelaza z dodatkiem koksu i topników.

Niektóre pojęcia dotyczące wielkiego pieca Topnik Koks Surówka Temperatury w wielkim piecu

Topniki substancja ułatwiająca lutowanie (miękkie i twarde) poprzez chemiczne oczyszczanie łączonych metali. Powszechnie stosowane topniki: chlorek amonu lub kalafonia do lutowania lutem cynowo-ołowiowym, kwas solny lub chlorek cynku do lutowania powłok ocynkowanych, boraks do lutowania twardego metali żelaznych. Topnik spełnia trzy funkcje: usuwa tlenki i inne zanieczyszczenia z lutowanych powierzchni zapobiega powstawaniu nowych tlenków podczas lutowania poprzez odcięcie kontaktu z powietrzem ułatwia topnienie i zwiększa płynność lutu

Koks paliwo uzyskiwane poprzez przemysłowe wygrzewanie węgla kamiennego w temperaturze 600-1200 °C w specjalnie w tym celu skonstruowanym piecu koksowniczym za pomocą gazów spalinowych (bez dostępu tlenu). Jest to paliwo o wyższej kaloryczności od zwykłego węgla kopalnego, gdyż zawiera co najmniej 90-95% czystego pierwiastka węgla.

Surówka stop żelaza z węglem (>2%), krzemem, manganem, fosforem i siarką będący produktem redukcji rudy w piecu. Nazwa pochodzi stąd, że jest to półprodukt przewidziany do dalszej przeróbki, czyli surowiec.

Temperatury w wielkim piecu Gardziel – 50°C Szyb – 400°C Przestron – 800°C Spad – 1200°C Gar – 1800°C

Otrzymywanie stali Stal - jest to stop żelaza z węglem, o zawartości węgla do 2 %. Stale otrzymuje się z surówki poprzez obniżenie zawartości węgla, przy jednoczesnym usunięciu zanieczyszczeń w postaci siarki i fosforu, jako pierwiastków niekorzystnych

Zastosowanie stali Stal znalazła zastosowanie w różnych dziedzinach techniki. W budownictwie stanowi jeden z kilku podstawowych materiałów konstrukcyjnych. Najczęściej używane w tej dziedzinie gospodarki gatunki stali to stale niskostopowe i ogólnego przeznaczenia (nazywane także stalami niestopowymi).

Obróbka stali Hartowanie – jest zabiegiem cieplnym, któremu poddawana jest stal, składającym się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Nawęglanie jest zabiegiem cieplnym polegającym na dyfuzyjnym nasyceniu węglem warstwy powierzchniowej stalowego elementu. Odpuszczanie – jest to zabieg cieplny stosowany do przedmiotów uprzednio zahartowanych. Jest ono stosowane w celu polepszenia właściwości elementów przy jednoczesnym usunięciu naprężeń własnych, które mogłyby doprowadzić do ich pękania. Azotowanie - jest zabiegiem cieplnym polegającym na dyfuzyjnym nasyceniu azotem warstwy powierzchniowej stalowego elementu.

Żeliwo Żeliwo otrzymuje się przez przetapianie surówki z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach zwanych żeliwniakami. Przykłady zastosowania żeliwa: przemysł motoryzacyjny, obudowa skrzyni biegów, piece żeliwne hydraulika

Ochrona przed korozją Platerowanie - nakładanie powłok metalowych przez dociśnięcie ich do metalu podłoża w podwyższonej temperaturze (najczęściej przez nawalcowywanie). Metalizowanie - wytwarzanie powłok metalowych na elementach metalowych lub niemetalowych. Natryskiwanie - proces powlekania powierzchni różnych elementów, polegający na rozpyleniu drobnych cząstek materiałów powłokowych.

Metale szlachetne Złoto-Złoto stanowi podstawę systemów monetarnych; używane jest do wyrobu monet. Ma zastosowanie w elektronice (do wyrobu złączy). Do "złocenia" innych metali, produkcji specjalnego szkła, jest składnikiem szlachetnych stopów, ma zastosowanie w medycynie i w stomatologii. Srebro-znajdują liczne zastosowania w przemyśle, elektrotechnice i fotografii. Platyna- jest wykorzystywana jako katalizator w reakcjach chemicznych.

Materiały źródłowe: www.wikipedia.pl Ćwiczenie: Technika z wychowaniem komunikacyjnym Gimnazjum – Leszek Bakun http://www.g2technika.republika.pl/materialy.html http://www.dami.pl/~chemia/liceum/liceum13/pierwiastki3.htm