• fémek

A fémek általános tulajdonságai: hővezetés, ötvözetek

Gyakorlati szempontból a fémeket nagy szilárdságuk, szívósságuk, sokoldalú felhasználhatóságuk teszi az ipar és általában a modern kori civilizáció egyik legfontosabb anyagává. A periódusos rendszer kb. 2/3-át a fémek teszik ki, így az elemek között elfoglalt nagyságrendi szerepük miatt is nagy a jelentőségük. Az építőipar sokféle fémet és fémötvözetet használ fel különböző célokra.

A fémek és ötvözeteik fémes fényűek, szobahőmérsékleten szilárdak, és kristályos szerkezetűek. A fématomok meghatározott elrendezést alakítanak ki, és elemi cellákba rendeződnek. Az elemi cellák egymáshoz kapcsolódva térrácsot képeznek . A fémek szilárd állapotában az atomok szabályosan helyezkednek el, a térrácsnak megfelelő elrendezésben.

A hőmérséklet emelésének hatására az atomok rezgőmozgása felgyorsul, a rácsszerkezet felbomlik, a fém megolvad, és cseppfolyós állapotúvá válik. Hűtés hatására a fémolvadékban lelassul az atomok mozgása, ismét hatni kezdenek a térrácsra jellemző erők, és elkezdődik a visszarendeződés. A hűtés sebességének nagysága befolyásolja a fémek későbbi, szilárd állapotban létrejövő szilárdsági tulajdonságait.

Fémek átalakításának folyamata

A fémek alakításánál a külső erők hatására deformáció következik be, amely bizonyos mértékű alakváltozást eredményez. Az alakíthatóság mértéke attól függ, hogy a térrácsszerkezet milyen ellenállást fejt ki az elcsúszással szemben. Jól lehet alakítani a lapközepes és térközepes elrendezésű rácsszerkezettel rendelkező fémeket. Ilyen az alumínium, a réz és a vas. Az építőipar is jellemzően ezeket az anyagokat használja. Rosszul alakíthatók azok a fémek, amelyek rácsszerkezetében hexagonális elrendezés jön létre. Ezek a fémek ridegek, nehezen megmunkálhatok, hajlamosak a törésekre. Ilyen anyag például a horgany.

Különböző fémek hővezetése

A fémek a kisebb erők hatására rugalmas alakváltozást szenvednek, a rácsszerkezetben az atomok távolsága megnő.

A terhelés megszüntetése után a rácsszerkezet visszanyeri eredeti alakját. Nagyobb erők hatására képlékeny alakváltozás következik be, és a fém egy bizonyos terhelés után elszakad.

A fémek jó elektromos vezetők. Amikor a fémből készült vezetőt feszültség alá helyezzük, az elektronok a rácsszerkezetben a feszültségforrás pozitív pólusa felé kezdenek el vándorolni. Ezt elektromos áramnak nevezzük.

A jó hővezetés jellemző a fémekre. A fémből készült lapok egyik végét melegítve azt tapasztaljuk, hogy a másik vége az anyagtól függő gyorsasággal felmelegszik. Emiatt egy kis részen hőterhelésnek kitett fémszerkezet teljes bevonati rendszere fokozott igénybevételnek van kitéve. A festékek fémekről égetéssel való eltávolítása a hővezetés miatt balesetveszélyes.

A fémek ötvözetei

A hétköznapi gyakorlatban felhasznált fémek anyaga legtöbbször nem színfém, hanem valamilyen ötvözet. Az ötvözetek elterjedését az is segíti, hogy színfém a természetben található anyagokból nehezen állítható elő.

A folyékony állapotú fém és más fém vagy nemfém összekeverésekor ötvözet jön létre. Az ötvözéssel meg lehet változtatni a szerkezeti anyagok bizonyos tulajdonságait. Az ötvözés szempontjából különösen azok az ötvözetek fontosak, amelyek alkotóelemei olvadt állapotban oldódnak egymásban. Ebben az esetben az alapfém és az ötvözőfém függvényében különböző rácsszerkezet alakul ki. Az építőiparban leggyakrabban használt acél tulajdonságait is módosítani lehet. A legfontosabb módosító elem a szén. Növeli az acél szilárdságát, keménységét, kopásállóságát.

Amit a fémekről tudni kell!

Csökkenti ugyanakkor az alakíthatóságot, hegeszthetőséget és a korrózióval szembeni ellenállást. A mangán, a szilícium, a króm, a vanádium és a titán növeli a szilárdságot, a kopásállóságot, a korrózióval szembeni ellenálló képességet és a megmunkálhatóságot, de rontja a hegeszthetőséget.