Kaļamība attiecas uz metālu un sakausējumu jutīgumu pret kalšanu un citiem spiediena apstrādes veidiem. Tas var būt zīmēšana, štancēšana, velmēšana vai presēšana. Vara elastību raksturo ne tikai izturība pret deformāciju, bet arī elastība. Kas ir plastiskums? Tā ir metāla spēja spiediena rezultātā bez iznīcināšanas mainīt savas kontūras. Kalamie metāli ir misiņš, tērauds, duralumīnijs un daži citi vara, magnija, niķeļa, alumīnija sakausējumi. Tieši viņiem ir augsts plastiskums apvienojumā ar zemu izturību pret deformāciju.
Varš
Nez, kā izskatās vara īpašība? Ir zināms, ka tas ir D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu sistēmas 4. perioda 11. grupas elements. Tā atomam ir numurs 29, un to apzīmē ar simbolu Cu. Faktiski tas ir pārejas kaļamais metāls sārti zeltainā krāsā. Starp citu, tai ir rozā krāsa, ja nav oksīda plēves. Šo elementu cilvēki izmantojuši ilgu laiku.
Vēsture
Viens no pirmajiem metāliem, ko cilvēki sāka aktīvi izmantot savās mājsaimniecībās, ir varš. Patiešām, tas ir pārāk pieejams, lai to iegūtu no rūdas, un tam ir mazskušanas temperatūra. Jau ilgu laiku cilvēcei ir zināmi septiņi metāli, kas ietver arī varu. Dabā šis elements ir daudz izplatītāks nekā sudrabs, zelts vai dzelzs. Senie priekšmeti, kas izgatavoti no vara, izdedžiem, liecina par tā kausēšanu no rūdām. Tie tika atklāti Chatal-Khuyuk ciema izrakumos. Ir zināms, ka vara laikmetā vara lietas kļuva plaši izplatītas. Pasaules vēsturē viņš seko akmens.
S. A. Semjonovs ar kolēģiem veica eksperimentālus pētījumus, kuros atklāja, ka vara instrumenti daudzējādā ziņā ir pārāki par akmens. Tiem ir lielāks koka ēvelēšanas, urbšanas, griešanas un zāģēšanas ātrums. Un kaula apstrāde ar vara nazi ilgst tikpat ilgi kā ar akmens. Bet varš tiek uzskatīts par mīkstu metālu.
Ļoti bieži senos laikos vara vietā izmantoja tā sakausējumu ar alvu – bronzu. Tas bija nepieciešams ieroču un citu lietu ražošanai. Tātad vara laikmetu aizstāja bronzas laikmets. Bronzu pirmo reizi ieguva Tuvajos Austrumos 3000. gadā pirms mūsu ēras. AD: Cilvēkiem patika vara izturība un lieliskā kaļamība. No iegūtās bronzas iznāca lieliski darba un medību rīki, trauki un rotājumi. Visi šie priekšmeti ir atrasti arheoloģiskajos izrakumos. Tad bronzas laikmetu nomainīja dzelzs laikmets.
Kā senos laikos varēja iegūt varu? Sākotnēji tas tika iegūts nevis no sulfīda, bet gan no malahīta rūdas. Patiešām, šajā gadījumā nebija nepieciešams iesaistīties sākotnējā apšaudē. Lai to izdarītu, māla traukā tika ievietots ogļu un rūdas maisījums. Kuģis tika ievietotssekla bedre un maisījums tika aizdedzināts. Pēc tam sāka izdalīties oglekļa monoksīds, kas veicināja malahīta reducēšanos līdz brīvam vara.
Ir zināms, ka Kiprā jau trešajā tūkstošgadē pirms mūsu ēras tika uzceltas vara raktuves, kur tika kausēts varš.
Krievijas un kaimiņvalstu zemēs vara raktuves radās divus tūkstošus pirms mūsu ēras. e. To drupas ir atrodamas Urālos un Ukrainā, un Aizkaukāzā, un Altajajā un tālajā Sibīrijā.
Vara rūpnieciskā kausēšana tika apgūta trīspadsmitajā gadsimtā. Un piecpadsmitajā Maskavā tika izveidots lielgabalu pagalms. Tieši tur no bronzas tika izlieti dažāda kalibra ieroči. Neticami daudz vara tika izmantots zvanu izgatavošanai. 1586. gadā no bronzas atliets cara lielgabals, 1735. gadā - cara zvans, 1782. gadā izveidots bronzas jātnieks. 752. gadā Todai-ji templī amatnieki izgatavoja lielisku Lielā Budas statuju. Kopumā liešanas mākslas darbu saraksts ir bezgalīgs.
Astoņpadsmitajā gadsimtā cilvēks atklāja elektrību. Toreiz milzīgs daudzums vara sāka nonākt vadu un līdzīgu izstrādājumu ražošanā. Divdesmitajā gadsimtā vadi tika izgatavoti no alumīnija, bet varam joprojām bija liela nozīme elektrotehnikā.
Nosaukuma izcelsme
Vai zināt, ka Cuprum ir vara latīņu nosaukums, kas cēlies no Kipras salas nosaukuma? Starp citu, Strabons sauc vara chalkos - Chalkis pilsēta Eibojā ir vainīga šāda vārda izcelsmē. Lielākā daļa seno grieķu nosaukumu vara unbronzas priekšmeti cēlušies tieši no šī vārda. Tie ir atraduši plašu pielietojumu kalvē, kā arī starp kalēju izstrādājumiem un lējumiem. Dažreiz varu sauc par Aes, kas nozīmē rūda vai raktuves.
Slāvu vārdam "varš" nav izteiktas etimoloģijas. Varbūt tas ir vecs. Bet tas ļoti bieži atrodams senākajos Krievijas literatūras pieminekļos. V. I. Abajevs pieļāva, ka šis vārds cēlies no valsts nosaukuma Midia. Alķīmiķi vara iesaukuši "Venēru". Senākos laikos to sauca par "Marsu".
Kur dabā ir atrodams varš?
Zemes garozā ir (4, 7-5, 5) x 10-3% vara (pēc masas). Upes un jūras ūdenī tas ir daudz mazāks: attiecīgi 10-7% un 3 x 10-7% (pēc masas).
Vara savienojumi bieži sastopami dabā. Rūpniecībā izmanto halkopirītu CuFeS2, ko sauc par vara pirītu, bornītu Cu5FeS4, halkocītu Cu 2S. Tajā pašā laikā cilvēki atrod citus vara minerālus: kuprītu Cu2O, azurītu Cu3(CO3) 2(OH)2, Malahīts Cu2CO3 (OH)2 un covelline CuS. Ļoti bieži atsevišķu vara uzkrājumu masa sasniedz 400 tonnas. Vara sulfīdi veidojas galvenokārt hidrotermālās vidējas temperatūras vēnās. Bieži vien nogulumiežu iežos var atrast vara nogulsnes - slānekļus un vara smilšakmeņus. Slavenākās atradnes atrodas Transbaikāla teritorijā Udokanā, Žezkazganā Kazahstānā, Mansfeldē Vācijā un Centrālāfrikas medus joslā. Atrodas arī citas bagātākās vara atradnesČīlē (Colhausi un Escondida) un ASV (Morenci).
Lielākā daļa vara rūdas tiek iegūta atklātā šahtā. Tas satur 0,3–1,0% vara.
Fizikālās īpašības
Daudzus lasītājus interesē vara apraksts. Tas ir elastīgs sārti zeltains metāls. Gaisā tā virsmu acumirklī pārklāj ar oksīda plēvi, kas piešķir tai savdabīgu intensīvu sarkandzeltenu nokrāsu. Interesanti, ka plānām vara kārtiņām ir zilgani zaļa krāsa.
Osmijam, cēzijam, varam un zeltam ir tāda pati krāsa, kas atšķiras no citu metālu pelēkās vai sudraba krāsas. Šis krāsu tonis norāda uz elektronisku pāreju klātbūtni starp ceturto pustukšo un piepildīto trešo atomu orbitāli. Starp tiem ir noteikta enerģijas atšķirība, kas atbilst oranžas krāsas viļņa garumam. Tā pati sistēma ir atbildīga par konkrēto zelta krāsu.
Kas vēl pārsteidzošs varā? Šis metāls veido seju centrētu kubisko režģi, telpas grupa Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.
Varš ir slavens arī ar savu augsto elektrisko un siltuma vadītspēju. Strāvas vadītspējas ziņā tas ir starp metāliem otrajā vietā. Starp citu, vara ir milzīgs temperatūras pretestības koeficients, un tas ir gandrīz neatkarīgs no tā veiktspējas plašā temperatūras diapazonā. Vara sauc par diamagnētu.
Vara sakausējumi ir dažādi. Cilvēki ir iemācījušies apvienot misiņu ar cinku un niķeli ar vara niķeli un svinu ar babbitiem,un bronza ar alvu un citiem metāliem.
Vara izotopi
Varu veido divi stabili izotopi: 63Cu un 65Cu, kuru atomu saturs ir attiecīgi 69,1 un 30,9 procenti.. Kopumā ir vairāk nekā divi desmiti izotopu, kuriem nav stabilitātes. Visilgāk dzīvojošais izotops ir 67Cu ar pussabrukšanas periodu 62 stundas.
Kā iegūst varu?
Vara izgatavošana ir ļoti interesants process. Šo metālu iegūst no minerāliem un vara rūdām. Pamatmetodes vara iegūšanai ir hidrometalurģija, pirometalurģija un elektrolīze.
Apskatīsim pirometalurģisko metodi. Tādā veidā varu iegūst no sulfīdu rūdām, piemēram, halkopirīta CuFeS2. Halkopirīta izejmateriāls satur 0,5-2,0% Cu. Pirmkārt, sākotnējā rūda tiek pakļauta flotācijas bagātināšanai. Pēc tam tas tiek oksidēts, grauzdēts 1400 grādu temperatūrā. Pēc tam kalcinēto koncentrātu izkausē, lai iegūtu matētu. Silīcija dioksīds tiek pievienots kausējumam, lai saistītu dzelzs oksīdu.
Iegūtais silikāts uzpeld kā izdedži un tiek atdalīts. Apakšā paliek matēts - sulfīdu sakausējums CU2S un FeS. Pēc tam to izkausē pēc Henrija Besemera metodes. Lai to izdarītu, pārveidotājā ielej izkausētu matējumu. Pēc tam trauku iztīra ar skābekli. Un atlikušais dzelzs sulfīds tiek oksidēts līdz oksīdam un ar silīcija dioksīda palīdzību tiek izņemts no procesa silikāta veidā. Vara sulfīds tiek nepilnīgi oksidēts līdz vara oksīdam, bet pēc tam tas tiek reducēts par metālisku varu.
Biegūtais blistera varš satur 90,95% metāla. Pēc tam to pakļauj elektrolītiskajai attīrīšanai. Interesanti, ka paskābinātu vara sulfāta šķīdumu izmanto kā elektrolītu.
Uz katoda veidojas elektrolītiskais varš, kura frekvence ir aptuveni 99,99%. No iegūtā vara tiek izgatavoti dažādi priekšmeti: vadi, elektroiekārtas, sakausējumi.
Hidrometalurģiskā metode izskatās mazliet savādāk. Šeit vara minerālvielas izšķīdina atšķaidītā sērskābē vai amonjaka šķīdumā. No sagatavotajiem šķidrumiem varu izspiež metālisks dzelzs.
Vara ķīmiskās īpašības
Savienojumos varš uzrāda divus oksidācijas stāvokļus: +1 un +2. Pirmais no tiem mēdz disproporcionalizēt un ir stabils tikai nešķīstošos savienojumos vai kompleksos. Starp citu, vara savienojumi ir bezkrāsaini.
Oksidācijas stāvoklis +2 ir stabilāks. Tā ir viņa, kas piešķir sāls zilu un zili zaļu krāsu. Neparastos apstākļos var pagatavot savienojumus ar oksidācijas pakāpi +3 un pat +5. Pēdējais parasti ir atrodams kupbororāna anjonu sāļos, kas iegūti 1994. gadā.
Tīrs varš nemainās gaisā. Tas ir vājš reducētājs, kas nereaģē ar atšķaidītu sālsskābi un ūdeni. Oksidēts ar koncentrētu slāpekļskābi un sērskābi, halogēniem, skābekli, akvatoriju, nemetālu oksīdiem, halkogēniem. Sildot, tas reaģē ar ūdeņraža halogenīdiem.
Ja gaiss ir mitrs, varš oksidējas, veidojot pamata vara(II) karbonātu. Tas lieliski reaģē ar aukstu un karstu piesātinātu sērskābi, karstu bezūdens sērskābi.
Varš reaģē ar atšķaidītu sālsskābi skābekļa klātbūtnē.
Vara analītiskā ķīmija
Ikviens zina, kas ir ķīmija. Varš šķīdumā ir viegli pamanāms. Lai to izdarītu, platīna stieple ir jāsamitrina testa šķīdumā un pēc tam jāieved Bunsena degļa liesmā. Ja šķīdumā ir varš, liesma būs zilganzaļa. Jums jāzina, ka:
- Parasti vara daudzumu viegli skābos šķīdumos mēra, izmantojot sērūdeņradi: to sajauc ar vielu. Parasti šajā gadījumā vara sulfīds izgulsnējas.
- Šajos šķīdumos, kuros nav traucējošo jonu, varu nosaka kompleksometriski, jonometriski vai potenciometriski.
- Nelielus vara daudzumus šķīdumos mēra ar spektrālām un kinētiskām metodēm.
Vara izmantošana
Piekrītu, vara izpēte ir ļoti izklaidējoša lieta. Tātad šim metālam ir zema pretestība. Pateicoties šai kvalitātei, varu elektrotehnikā izmanto jaudas un citu kabeļu, vadu un citu vadītāju ražošanā. Vara vadus izmanto spēka transformatoru un elektrisko piedziņu tinumos. Lai izveidotu iepriekš minētos produktus, metāls tiek izvēlēts ļoti tīrs, jo piemaisījumi uzreiz samazina elektrisko vadītspēju. Un, ja varā ir 0,02% alumīnija, tā elektriskā vadītspēja samazināsies par 10%.
Otra lietderīgā vara kvalitāte irlieliska siltumvadītspēja. Pateicoties šai īpašībai, to izmanto dažādos siltummaiņos, siltuma caurulēs, siltuma izlietnēs un datoru dzesētājos.
Un kur tiek izmantota vara cietība? Ir zināms, ka bezšuvju apaļajām vara caurulēm ir ievērojama mehāniskā izturība. Tie lieliski iztur mehānisko apstrādi un tiek izmantoti gāzu un šķidrumu pārvietošanai. Parasti tos var atrast iekšējās gāzes apgādes sistēmās, ūdens apgādē, apkurē. Tos plaši izmanto saldēšanas iekārtās un gaisa kondicionēšanas sistēmās.
Vara lieliskā cietība ir zināma daudzās valstīs. Tātad Francijā, Lielbritānijā un Austrālijā vara caurules tiek izmantotas ēku gāzes apgādei, Zviedrijā - apkurei, ASV, Lielbritānijā un Honkongā - tas ir galvenais ūdens apgādes materiāls.
Krievijā ūdens un gāzes vara cauruļu ražošanu regulē standarts GOST R 52318-2005, un to izmantošanu regulē federālais noteikumu kodekss SP 40-108-2004. Caurules, kas izgatavotas no vara un tā sakausējumiem, aktīvi izmanto enerģētikā un kuģu būvē tvaika un šķidrumu pārvietošanai.
Vai zināt, ka vara sakausējumus izmanto dažādās tehnoloģiju jomās? No tiem bronza un misiņš tiek uzskatīti par slavenākajiem. Abi sakausējumi ietver kolosālu materiālu saimi, kurā papildus cinkam un alvai var būt arī bismuts, niķelis un citi metāli. Piemēram, ieroču metāls, ko līdz deviņpadsmitajam gadsimtam izmantoja artilērijas gabalu izgatavošanai, sastāvēja no vara, alvas un cinka. Tā recepte mainījās atkarībā no vietas uninstrumentu izgatavošanas laiks.
Ikviens zina vara lielisko izgatavojamību un augsto elastību. Pateicoties šīm īpašībām, neticami daudz misiņa nonāk ieroču un artilērijas munīcijas šāviņu ražošanā. Zīmīgi, ka auto detaļas ir izgatavotas no vara sakausējumiem ar silīciju, cinku, alvu, alumīniju un citiem materiāliem. Vara sakausējumiem ir raksturīga augsta izturība un tie saglabā mehāniskās īpašības termiskās apstrādes laikā. To nodilumizturību nosaka tikai ķīmiskais sastāvs un tā ietekme uz struktūru. Lūdzu, ņemiet vērā, ka šis noteikums neattiecas uz berilija bronzu un dažām alumīnija bronzām.
Vara sakausējumiem ir zemāks elastības modulis nekā tēraudam. To galveno priekšrocību var saukt par nelielu berzes koeficientu, kas apvienots lielākajai daļai sakausējumu ar augstu elastību, lielisku elektrovadītspēju un lielisku izturību pret koroziju agresīvā vidē. Parasti tās ir alumīnija bronzas un vara-niķeļa sakausējumi. Starp citu, viņi ir atraduši savu pielietojumu pa pāriem.
Praktiski visiem vara sakausējumiem ir vienāds berzes koeficients. Tajā pašā laikā no sakausējumu sastāva ir tieši atkarīga nodilumizturība un mehāniskās īpašības, uzvedība agresīvā vidē. Vara plastiskums tiek izmantots vienfāzes sakausējumos, un stiprība tiek izmantota divfāžu sakausējumos. Kuproniķeli (vara-niķeļa sakausējumu) izmanto maiņas monētu kalšanai. Vara-niķeļa sakausējumi, tostarp "Admiralitāte", tiek izmantoti kuģu būvē. Tos izmanto, lai izgatavotu caurules kondensatoriem, kas attīra turbīnas izplūdes tvaikus. Jāatzīmē, ka turbīnas dzesē ārējais ūdens. Vara-niķeļa sakausējumiem ir pārsteidzoša izturība pret koroziju, tāpēc tie ir pieprasīti apgabalos, kas pakļauti jūras ūdens agresīvai iedarbībai.
Patiesībā varš ir vissvarīgākā cietlodmetālu sastāvdaļa - sakausējumi ar kušanas temperatūru no 590 līdz 880 grādiem pēc Celsija. Tieši viņiem ir lieliska saķere ar lielāko daļu metālu, tāpēc tos izmanto, lai stingri savienotu dažādas metāla daļas. Tie var būt cauruļu veidgabali vai šķidrās degvielas reaktīvie dzinēji, kas izgatavoti no dažādiem metāliem.
Un tagad mēs uzskaitām sakausējumus, kuros vara kaļamībai ir liela nozīme. Durāls jeb duralumīnijs ir alumīnija un vara sakausējums. Šeit varš ir 4,4%. Rotaslietās bieži izmanto vara un zelta sakausējumus. Tie ir nepieciešami, lai palielinātu produktu izturību. Galu galā tīrs zelts ir ļoti mīksts metāls, kas nevar būt izturīgs pret mehānisko spriegumu. No tīra zelta izgatavoti priekšmeti ātri deformējas un nobrāzjas.
Interesanti, ka itrija-bārija-vara oksīda izveidošanai izmanto vara oksīdus. Tas kalpo par pamatu augstas temperatūras supravadītāju ražošanai. Varš tiek izmantots arī akumulatoru un vara oksīda elektroķīmisko elementu ražošanai.
Citas lietojumprogrammas
Vai zināt, ka varu bieži izmanto kā acetilēna polimerizācijas katalizatoru? Sakarā ar šo īpašību vara cauruļvadi, ko izmanto acetilēna transportēšanai, ir atļautilietot tikai tad, ja vara saturs tajos nepārsniedz 64%.
Cilvēki ir iemācījušies izmantot vara kaļamību arhitektūrā. Fasādes un jumti, kas izgatavoti no plānākās vara loksnes, bez problēmām kalpo 150 gadus. Šī parādība ir izskaidrojama vienkārši: vara loksnēs korozijas process automātiski nodziest. Krievijā vara loksnes izmanto fasādēm un jumtiem saskaņā ar Federālā noteikumu kodeksa SP 31-116-2006 normām.
Ne pārāk tālā nākotnē cilvēki plāno izmantot varu kā baktericīdas virsmas klīnikās, lai novērstu baktēriju pārvietošanos telpās. Visas virsmas, kurām pieskaras cilvēka roka - durvis, rokturi, margas, ūdens armatūra, darba virsmas, gultas - speciālisti izgatavos tikai no šī apbrīnojamā metāla.
Vara marķējums
Kādas klases vara izmanto, lai ražotu sev nepieciešamos produktus? To ir daudz: M00, M0, M1, M2, M3. Parasti vara markas tiek identificētas pēc to satura tīrības.
Piemēram, M1r, M2r un M3r kategorijas varš satur 0,04% fosfora un 0,01% skābekļa, bet M1, M2 un M3 kategorijas - 0,05-0,08% skābekļa. M0b pakāpē nav skābekļa, un MO tā procentuālais daudzums ir 0,02%.
Tāpēc apskatīsim tuvāk varu. Tālāk esošajā tabulā būs precīzāka informācija:
| Vara pakāpe | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Procenti saturs varš |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 vara markas
Pavisam ir divdesmit septiņas vara markas. Kur cilvēks izmanto tādu daudzumu vara materiālu? Apsveriet šo niansi sīkāk:
- Cu-DPH materiāls tiek izmantots cauruļu savienošanai nepieciešamo veidgabalu izgatavošanai.
- AMF ir nepieciešams, lai izveidotu karsti velmētus un auksti velmētus anodus.
- AMPU izmanto auksti velmētu un karsti velmētu anodu ražošanai.
- M0 ir nepieciešams, lai izveidotu strāvas vadītājus un augstfrekvences sakausējumus.
- Materiāls M00 tiek izmantots augstfrekvences sakausējumu un strāvas vadītāju ražošanai.
- M001 izmanto vadu, riepu un citu elektropreču ražošanai.
- M001b ir nepieciešams elektrisko izstrādājumu ražošanai.
- M00b izmanto, lai izveidotu strāvas vadītājus, augstfrekvences sakausējumus un ierīces elektrovakuuma nozarei.
- M00k - izejmateriāls deformētu un atlietu sagatavju veidošanai.
- M0b izmanto, lai izveidotu augstfrekvences sakausējumus.
- M0k izmanto lieto un deformēto sagatavju ražošanai.
- M1 nepieciešams ražošanaistieples un kriogēnās tehnoloģijas izstrādājumi.
- M16 izmanto vakuuma industrijas ierīču ražošanai.
- M1E ir nepieciešams, lai izveidotu auksti velmētu foliju un sloksni.
- M1k ir nepieciešams, lai izveidotu pusfabrikātus.
- M1op izmanto vadu un citu elektrisko izstrādājumu ražošanai.
- M1p izmanto, lai izgatavotu elektrodus, ko izmanto čuguna un vara metināšanai.
- M1pE ir nepieciešams auksti velmētu sloksņu un folijas ražošanai.
- M1u izmanto, lai izveidotu auksti velmētus un karsti velmētus anodus.
- M1f ir nepieciešams, lai izveidotu lentes, folijas, karsti velmētas un auksti velmētas loksnes.
- M2 izmanto augstas kvalitātes sakausējumu un pusfabrikātu ražošanai uz vara bāzes.
- M2k izmanto pusfabrikātu ražošanai.
- M2p ir nepieciešams stieņu izgatavošanai.
- M3 ir nepieciešams velmēto izstrādājumu, sakausējumu ražošanai.
- M3r izmanto, lai izveidotu velmētus izstrādājumus un sakausējumus.
- MB-1 ir nepieciešams, lai izveidotu beriliju saturošas bronzas.
- MSr1 izmanto elektrisko konstrukciju ražošanai.
