Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник

Подождите немного. Документ загружается.

ТАБЛИЦА

69.

ВЛИЯНИЕ

ПРИМЕСЕЙ

НА

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ

СУЖЕНИЕ

ОТОЖЖЕННОГО

(750°С)

НИКЕЛЯ

ПРИ

РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Содержание

примесей,

0,002

0,004

0,008

0,015Sn

0,002

0,003

0,0085

0,013 Sb

0,0008

0,002

0,0085

0,013Pb

0,002Bi

0,004

0,005

0,011 Bi

if при (,°С

56,0

51,8

43,5

54,2

50,0

54,3

51,0

50,0

44,2

46,6

44,5

40,5

44,5

45,0

42,4

300

50,6

51,3

51,7

53,2

66,0

54,0

56,2

55,6

40,0

44,7

43,1

45,0

35,2

36,9

35,9

500

44,7

43,8

53,3

54,2

64,8

50,5

50,0

53,4

53,0

43,7

36,9

32,5

29,0

33,2

22,9

19,5

18,0

700

32,1

30,0

31,0

39,0

43,0

33,5

33,0

32,7

23,4

21,0

17,5

15,8

10,8

14,6

11,7

8,3

7,8

800

43,4

42,6

44,5

33,5

90,5

52,1

74,2

60,0

16,5

12,3

10,2

15,7

13,9

13,6

9,7

тотой

99,98

%) и с примесью олова происходит преимущественно по са-

мим

зернам при

всех

температурах испытания. Никель с 0,013 % РЬ

или

с 0,011 % Bi хрупко разрушается при прокатке [1].

Необходимо, однако, отметить, что, несмотря на использование в

шихту

электролитического никеля, переплавленного в

вакууме

ЬЮ-

Па,

пластичность его не была высокой

даже

при 20"С (i|) = 56 %), в то вре-

мя

как у достаточно чистого никеля \|>=90 %. Пластичность исходного

никеля

при высоких температурах также не была хорошей, а при 700 "С

наблюдался ее небольшой минимум. Такие результаты, по нашему мне-

нию,

связаны с неполной очисткой никеля от примесей. Никель содер-

жал, %: О

0,002,

С 0,001, РЬ

0,0002,

ВК0.0003, Н<0,0001 и др.; содер-

жание серы не указано.

Электронно-лучевая плавка более полно очищает никель от приме-

сей,

чем

другие

методы вакуумной плавки [1].

Понижение

содержания примесей достигается и при использовании

плазменной

(с аргоном) плавки:

О Н N С

Содержание приме-

сей,

тыс. доли %:

до плавки . . , . <

после плавки • . <

:o,i

о,

<о

Введением небольших количеств некоторых добавок (циркония, ти-

тана, бора, магния, кальция, церия) можно устранить красноломкость

никеля,

связанную с наличием в нем примеси >0,001 % серы [1]. Таким

образом, если приняты меры по устранению вредного действия приме-

сей,

никель не имеет зоны красноломкости.

Нельзя

согласиться с выводами некоторых авторов о том, что нн-

161

кель,

а также все другие металлы красноломки. Нельзя согласиться и с

существующим мнением, что появление провалов пластичности в диа-

пазоне

450—800

С — следствие превращений, присущих природе самого

никеля.

Такие результаты получены при исследовании никеля марки

Н2,

загрязненного примесями серы и углерода. В исследованном ими

никеле

углерода было больше в три раза, чем допускается даже для

этой

марки, а кремния — в 20 раз; содержание серы составляло

0,002

Утверждения [1] о том, что в температурных областях магнитных

превращений

пластичность металлов немонотонна и что пластичность

ферромагнитной

фазы больше, чем парамагнитной фазы, нельзя считать

доказанными.

По нашему мнению, пониженная пластичность никеля,

обнаруженная при

500—600

С, связана не с магнитным превращением

его, а с наличием примесей (исследован загрязненный никель марки

НП2)

и с использованием образцов очень маленького диаметра

(0,45 мм).

Недостаточное количество элементов, связывающих вредные приме-

си,

приводит к растрескиванию слитков никеля при прокатке (табл.70).

Влияние добавок на механические свойства литого никеля, выплав-

ленного из катодов чистотой

99,99

%, содержащих не более 0,001 % S,

приведено в табл. 71.

ТАБЛИЦА

70. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

НИКЕЛЯ

МАРКИ

НП2

НА ПЛАСТИЧНОСТЬ ПРИ ПРОКАТКЕ НА ЛЕНТУ [1]

Оценка

пластич-

ности

Хрупкий:

при

правке

горячего про-

ката . . .

при

первой

холодной про-

катке . .

на

выходных

размерах лент

Пластичный

по

всем переделам

Ni+Co

99,9—

99,85

99,85—

99,75

99,8—99,7

99,7-99,5

Химический

состав. °

0,01—0,03

0,02—0,05

0,05-0,1

0,02—

0,03

0,03—

0,05

0,04—

0,06

0, Об-

ОД

0,03—

0,05

0,01 —

0,05

0,05—

0,07

0,06—

0,1

Мп

0,01—

0,02

0,01-

0,03

0,03—

0,05

0,03—

0,05

Наличие

в никеле кислорода может вызвать «водородную болезнь»,

если металл подвергается нагреву в водороде или в углеводородах. Во

избежание этого рекомендуется раскислять никель до содержания кис-

лорода не более

0,0005

%• Отожженный никель (даже технический чис-

тотой 99,8 %) нехладноломок, г|; = 69 % при

—256

"С [1].

Внешняя

среда оказывает влияние на свойства никеля: при высо-

кой

температуре и испытании в атмосфере

воздуха

никель может упроч-

ниться

вследствие внутреннего окисления.

Сопротивление ползучести никеля марки НП1 под напряжением

39 МПа при испытании на

воздухе

при

700—800

°С увеличивается по

сравнению с испытанием в вакууме Ь10~

Па: 6 = 25 %

11а

воздухе

че-

162

ТАБЛИЦА 71. ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК МЕТАЛЛОВ НА СВОЙСТВА

ЛИТОГО НИКЕЛЯ

га

А1

0,05

МПа

128

117

103

0,10

МПа

158

129

101

/о

й,

0,15 %

МПа

186

167

108

116

6,%

17,1

11,0

8,0

7,0

0,20

МПа

201

192

129

105

рез 3 ч, а в вакууме — через 26 мин [1]. Но в скоростном воздушном

потоке кривая ползучести при 800 °С идет уже выше, чем при испыта-

ниях

в спокойном

воздухе

или в вакууме, и разрушение происходит в

7—9 раз быстрее.

Примесь

сернистого газа в окружающей атмосфере значительно

ускоряет охрупчивание никеля при высоких температурах. Никель тех-

нической

чистоты (99,8 %) при испытании на ползучесть в вакууме име-

ет гораздо меньше межкристаллитных трещин, чем при испытании в ат-

мосфере азота. У более чистого никеля

(99,99

%) показатели не имеют

большого различия. Причина этого — взаимодействие азота с нитридо-

образующими примесями в техническом никеле.

При

замене

воздуха

высоким вакуумом (10~

Па) в процессе ис-

пытания

технического никеля на малоцикловую усталость при 550 °С

результаты существенно изменяются: вместо межкристаллитного раз-

рушения в атмосфере

воздуха

происходит транскристаллитное разру-

шение

при значительной деформации зерен с образованием линий сдви-

га. Сопротивление усталости никеля при испытании в вакууме сущест-

венно

повышается [1]. Все это свидетельствует о важной роли внеш-

ней

среды, которая изменяет не только механические свойства металла,

но

и характер разрушения.

Чистый никель хорошо поддается обработке давлением: прокатке,

ковке,

волочению; из него изготовляют листы, ленты, полосы, трубы,

проволоку, фольгу. Слиток никеля диаметром 100 мм можно прокатать

до ленты толщиной 0,2 мм без отжига. При горячей прокатке на воз-

духе

содержание примесей в никеле увеличивается, при вакуумной про-

катке остается без изменений.

25.

ПЛАТИНОВЫЕ

МЕТАЛЛЫ

Рутений,

родий,

палладий,

осмий,

иридий

платина

называются бла-

городными металлами вследствие их высокой коррозионной стойкости в

растворах кислот и щелочей. В атмосфере

воздуха

при 20 "С эти метал-

лы устойчивы. При повышенных температурах окисляются: в меньшей

мере — платина, более

других

— рутений и осмин. При высоких тем-

пературах оксиды диссоциируют (Rh

O при

1127°С,

RhO при

1120°С,

при

880^0,

OsO

при 650 °С, 1гО

при

1100°С,

RuO

при

1130°С);

происходит возгонка

летучих

оксидов, а также самого металла [1].

163

На

воздухе

наибольшая потеря массы происходит у осмия; затем у

рутения, иридия, платины, родия, палладия. В

вакууме

наиболее скло-

нен

к возгонке палладий, затем родий, платина, рутений, иридий, осмий.

При

нагревании с фосфором, мышьяком, серой, селеном, теллуром, уг-

леродом платиновые металлы разрушаются.

Палладий и платина высокопластичны; родий и иридий

уступают

им

в этом отношении, а рутений и осмий хрупки. Это различие вызва-

но

межкристаллитными примесями. Высокочнстый рутений, а также мо-

нокристаллы рутения, родия и иридия пластичны. Существенную роль

играет и то, что хотя эти металлы и именуются благородными, но окис-

ляются и вследствие этого охрупчиваются. Защита от окисления (на-

пример,

слоем платины) существенно повышает пластичность.

Свойства платиновых металлов значительно

ухудшаются

при нали-

чии

примесей, поэтому для выявления истинной пластичности их необ-

ходима тщательная очистка.

Существует

ограниченное число работ, посвященных механическим

свойствам рутения и осмия, поэтому истинные их свойства пока невы-

явлены.

РУТЕНИЙ

Атомный номер рутения 44, атомная масса

101,07,

атомный радиус

0,134 нм. Известно 7 устойчивых изотопов. Электронное строение

fKr]4d

5s'.

Электроотрицательность 1,3. Потенциал ионизации 7,36 эВ.

Кристаллическая решетка — п. г. с параметрами а=0,27057 и с =

0,42815,

с/а =1,58. Плотность 12,06 т/м

. /

пл

2250°С,

/„„„

4077"С.

Упругие

свойства: £ = 414 ГПа, G=163 ГПа, ц = 0,30.

НВ

200.

Технический рутений хрупок: при

20—1000

°С б и г{> находятся в

пределах 1—3 %• При повышении температуры прочность рутения умень-

шается [1]:

ncu

С. . . . 20 750 1000 1200

, МПа ... 490 284 216 127

0i2

, МПа... 373 216 196 —

Технический рутений поддается ковке и прокатке лишь при 1800

С.

Монокристалл рутения зонной плавки пластичен при 20

С и выдержи-

вает значительную деформацию.

Плавят рутений в индукционных

дуговых

или электронно-лучевых

печах в аргоне или вакууме. Содержание примесей в рутении электрон-

но-лучевой плавки меньше. Полосы из рутения готовят прокаткой при

1050—1250

°С.

Горячая прокатка рутения на

воздухе

приводит к хрупкости вслед-

ствие газонасыщения и образования окалины. Рекомендуется прокатка

вакуумплавленного рутения в

вакууме

при

1200—1400

°С с обжатием

за проход

20—25

% и суммарным обжатием до 75 %. Давление на вал-

ки

зависит от температуры и величины обжатия за один проход:

• •

е,

% ....

р,

МПа . ,

Горячекатаную полосу рутения толщиной 0,5 мм можно прокатать

вхолодную

до толщины 0,08 мм [39].

164

1200

521

1300

535

1400

297

1400

436

1400

495

РОДИЙ

Атомный номер родия 45, атомная масса

102,9055,

атомный радиус

0,134 нм. Известен 21 изотоп. В природе

существует

один стабильный

изотоп с атомной массой 103. Электронное строение [Kr]4d

5s'. Элект-

роотрицательность 1,4. Потенциал ионизации 7,46 эВ. Кристаллическая

решетка — г. ц. к. с параметром

0,379

нм. Плотность 12,44 т/м

. Родий

химически устойчив в растворах кислот и щелочей. При температуре

выше 600 °С родий окисляется; при

200—600

°С он реагирует с гало-

генами, серой, селеном. /

л=1965°С, ?„

п = 3627

С.

Механические свойства родия технической чистоты при 20 °С: а

412 МПа, (То,2=70 МПа, 6 = 9 %, г|з = 2О %,

£=380

ГПа, 0=150 ГПа,

HV 130. При

других

температурах пластичность родия чистотой 99,9 %

приведена ниже [1]:

/,,

СП

,°С.

. . .

—203

4 282 498 714 925 1196 1530

\|),

% 29 23 60 33 60 40 20 53

При

окислении родия кислородом

воздуха

пластичность его умень-

шается; защита от окисления слоем платины толщиной 0,1 мм

улучша-

ет пластичность (табл. 72).

ТАБЛИЦА 72. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЗАЩИТНОГО СЛОЯ

ПЛАТИНЫ

ТОЛЩИНОЙ 0,1 мм НА СВОЙСТВА РОДИЯ [1]

100

200

300

500

412

432

—

441

363

МПа

Rh+Pt

275

373

363

294

Ч>.

Rh+Pt

700

1000

1250

1500

о„,

МПа

265

157

Rh+Pt

216

137

Rh+Pt

Литой родий поддается прокатке при температуре не ниже 800 °С.

Однако при этом полуфабрикаты загрязняются кислородом и не выдер-

живают

холодную

деформацию, разрушаясь по границам зерен.

Монокристаллы родия, выращенные зонной плавкой за пять прохо-

дов в электронно-лучевой печи в

вакууме

не

хуже

5 • 10—' Па из слит-

ков

электронно-лучевой плавки прессованного порошка родия, были

пластичны и выдерживали

холодную

прокатку с суммарным обжатием

более 70 %. Монокристаллы содержали по

0,003—0,006

% кислорода

углерода.

При холодной деформации происходило значительное упро-

чнение

родия:

е, %.... 0 5 10 15 25 35 50

HV .... 175 310 390 400 440 470 500

Этим методом получена фольга толщиной 0,01 нм [33, с. 192].

ПАЛЛАДИЙ

Атомный номер палладия 46, атомная масса

106,4,

атомный радиус

0,137 нм. Известно 6 устойчивых изотопов. Электронное строение

[Kr]4d'°. Электроотрицательность 1,4, Потенциал ионизации 8,33 эВ.

165

Кристаллическая решетка — г.ц.к. с параметром а=0,38824 им. Плот-

ность 12,16 т/м

. *

ПЛ

=1554°С,

<„,ш

2877°С.

Палладий отличается способностью поглощать до 1300 объемов

водорода на один объем металла, что приводит к

ухудшению

механи-

ческих свойств. Однако при содержании в отожженном палладии (при

750 °С, 30 мин,

вакуум

0,013 Па)

0,02—0,1

% водорода механические

свойства палладия

могут

повыситься до 0

=4ОО МПа, о"о,2=ЮО МПа

6<37 % вследствие образования гидрида

[40]. После длитель-

ной

выдержки ( — 10 мес) на

воздухе

такой палладий теряет прочность

пластичность; нагревание ускоряет этот процесс.

При

хранении на

воздухе

палладий покрывается оксидной пленкой,

защищающей его от дальнейшего окисления. При нагревании палладий

реагирует с кислородом, серой, фосфором, углеродом, азотом.

При

20 °С отожженный палладий имеет следующие свойства: Е =

115 ГПа, G = 45 ГПа, ц=0,39, <у„=181 МПа, а

=56 МПа, 6 = 40%,

г|з =

9О

%, а деформированный 0„=258 МПа, 6 = 3 % [1]. С повышением

температуры прочность палладия уменьшается:

исп

°С. ... 20 300 500 800 900 1100 1250

,МПА . . . 184 162 64 34 25 18 9

Относительное сужение палладия при температурах до 800 °С вы-

сокое,

однако с ростом температуры оно понижается [1]:

/исп.

°С ••• О 200 400 600 700 800 1000 1200 1280

Ф,

% 80 80 86 96 98 97 85 53 44

ОТЖИГ

при 700 °С в течение 15 мин позволяет получить палладий

технической чистоты с высокой пластичностью при

низкой

и высоких

температурах:

исп

"С....

—200

0 200 400 960 1100

i|>,

% 90 90 78 80 97 80

увеличением длительности испытания (в атмосфере

воздуха)

при

высоких температурах пластичность палладия уменьшается. При 1250 "С

наблюдается резкое понижение относительного сужения — до 7 %,

даже

при

4-мин испытании [1]; это вызвано воздействием кислорода

воздуха.

Важным обстоятельством является значительное увеличение скоро-

сти возгонки палладия в окислительной атмосфере при

1400°С

при воз-

действии растягивающих напряжений [1]:

Напряжение

Сжатия Изгиба Растяжения

о, МПа . . . .

0,01—0,02

0,04—0,8

0,01—0,02

1,0 2,0

воз

г/(см

-с) . 2,6 8,0 96 140 192

Увеличение длительности испытания палладия чистотой

99,96

% в

атмосфере

воздуха

при 927 °С приводит к охрупчиванию [1]:

т, ч . . . ,

0,МПа. . .

6, % ....

Растяжение отожженных при 1250 °С образцов технически чистого

палладия

(99,82%)

со скоростью

0,75—1

%/ч в интервале

20—600°С

вызывает значительную внутризеренную деформацию сдвигом. Доля

деформации, связанной с границами зерен, очень мала: 1 % при 20—

166

13,

96,

100

,89

322

,45

400 °С и 7% при 600 °С. Растяжение при 900 °С приводит к возникно-

вению межкристаллитных трещин и увеличению относительной доли

межзеренного смещения до 14 %. Деформация образцов при

800—

1000°С

протекает при очень малых

нагрузках—4—10

МПа [1]. Все

это типчно для металла с межкристаллитными примесями.

Чистый

палладий очень пластичен, легко поддается холодной де-

формации;

из него можно получить проволоку диаметром 0,02 мм и

любые

другие

полуфабрикаты. Плавят палладий в вакуумных печах.

ОСМИЙ

Атомный номер осмия 76, атомная масса

190,2,

атомный радиус

0,136 нм. Известно 7 устойчивых изотопов осмия. Электронное строение

fXe]4/

5rf

Электроотрицательность 1,3. Потенциал ионизации 8,7 эВ.

Кристаллическая решетка — п.г. с параметрами а=0,275 нм, с=

=0,432 нм, с/а= 1,57. ^=3047°C,

*„„

5000°С.

Плотность 22,61 т/м

Упругие

свойства:

£=558

ГПа, G=222 ГПа, ц=0,25.

Осмий

начинает окисляться при 500 °С. Оксиды его очень

летучи

ядовиты. У оксида осмия

OsO<

пл

=40°С, <

яп =

131°С.

Все работы

с осмием при высоких температурах надо проводить при отсутствии

кислорода.

Технический осмий — твердый (НВ 350) и хрупкий металл, не

поддающийся обработке давлением; плавят его в вакуумных печах.

ИРИДИИ

Атомный номер иридия 77, атомная масса

192,22,

атомный радиус

0,136 нм. Известны два стабильных изотопа. Электронное строение

[Xe]4/

Электроотрицательность 1,4. Потенциал ионизации

9,2 эВ. Кристаллическая решетка — г.ц.к. с параметром

0,38312

нм.

ПЛ

=2447°С,

<кип

= 4577

С. Плотность

22,42

т/м

. Иридий — кислото-

стойкий

металл. Водород охрупчивает его. При 20 °С иридий устойчив;

при

600 °С в атмосфере

воздуха

или кислорода он окисляется, образуя

оксид 1гОг, стойкий до 1100 °С.

Иридий

технической чистоты — твердый и хрупкий металл; он с

трудом

поддается обработке давлением при 20 °С и лишь при

1200—

1300 °С из него можно изготовлять листы и проволоку. Свойства иридия

при

20 °С:

£=517

ГПа, 0 = 210 ГПа, ц=0,26, а„=490 МПа, а

о2

88 МПа, 6 = 6%, г|)=10%, HV 200, а после холодной прокатки

HV 350 [1].

Пластичность технического иридия после отжига при 1500 °С при

высоких температурах улучшается [1]:

'исп

Он-

Оо,2

, С - . е

МПа

. .

, МПа. .

. 628

. 235

500

530

235

750

450

147

1000

333

Пластичность иридия существенно повышается, если перед испы-

нием

его покрыть слоем платины толщиной 0,1 мм. Тогда относитель-

ное

сужение его равно 70 % при 700 °С, 75 % при 1000 °С и 88 % при

1500°С.

Ранее считали, что хрупок не только поликристаллический

иридий,

но и монокристаллический. Однако это не так: хрупкость ири-

дия обусловлена сегрегацией примесей по границам зерен, вероятно

кислорода.

Монокристаллы иридия чистотой 99,5 % пластичны, что позволяет

изгибать их при 20 °С без разрушения [1]; относительное удлинение воз-

растает от 70 % при 20 °С до 120 % при

2000

°С [1].

167

Иридий

деформируют вгорячую при

1000—1200

°С. При нагрева-

нии

иридия электрическим током можно волочением получать проволо-

ку диаметром до 0,05 мм.

ПЛАТИНА

Атомный номер платины 78, атомная масса

195,09,

атомный радиус

0,139 нм. Электронное строние

[Xe]4/

Электроотрицательность

1,5. Потенциал ионизации 8,96 эВ. Кристаллическая решетка — г.ц.к. с

параметром а =

0,320

нм. Плотность 21,5 т/м

. /

л=1772°С, t,

—

3827°С.

При воздействии серы,

углерода,

фосфора, сурьмы, мышья-

ка,

свинца, олова, платина становится хрупкой. Она не окисляется на

воздухе;

устойчива в кислотах, кроме царской водки, в которой раство-

ряется значительно труднее, чем золото.

ТАБЛИЦА 73. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОТНОСИТЕЛЬНОЕ

СУЖЕНИЕ

II УДЛИНЕНИЕ ПЛАТИНЫ РАЗЛИЧНОЙ ЧИСТОТЫ [I]

—200

200

400

Свойства платины, чистоты

высо-

кой

100

технической

Ч>

низ-

кой

600

800

1000

1100

Свойства платины, чистоты

высо-

кой

г|>

I ООО

ооо

технической

| i|-

100

низкой

При

20 °С платина имеет следующие свойства: £=171 ГПа, G —

60 ГПа, о

=137 МПа, а

=6О МПа, 6 =

30-^50%,

г|) = 90 %, HV 48

[1].

Свойства платины зависят от ее чистоты; у отожженной платины

чистотой более

99,99

% о

= 125 МПа и HV 42, чистотой не менее 99,9 %

0в=146 МПа и HV 50; у платины чистотой не более 99% Оо= 193 и

HV 65 [1].

Примеси

ухудшают

пластичность (табл. 73, 74).

ТАБЛИЦА 74. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА ПЛАТИНЫ РАЗЛИЧНОЙ ЧИСТОТЫ [41]

'исп'

300

400

500

600

700

800

900

168

157

142

138

109

,МПа

142

109

117

136

0 2

, МПа

105

107

6, %

99,99

Примечание. Чистота платины: №

1—99,5%;

№ 2 —>99,9%; № 3 —

168

Временное сопротивление платины технической чистоты уменьша-

ется от 137 МПа при 20

С до 63 МПа при 900 °С и до 10 МПа при

1500°С.

Растяжение платины технической чистоты

(99,87

%), отожженной

при

1200 °С со скоростью

0,6—0,7

%/ч и приводит к значительной внут-

ризеренной

деформации. Смещения границ зерен при

20—500

°С почти

не

происходит. При 600 °С относительная доля деформации, связанной

со смещением границ зерен, равна 13 %, причем наряду с интенсивным

развитием следов скольжения наблюдается возникновение межкристал-

литных трещин. При дальнейшем повышении температуры доля меж-

кристаллитной деформации увеличивается, достигая 23% при 1000 °С;

знутризеренное скольжение уменьшается, миграция границ зерен уве-

личивается [1]. При высокой температуре платина в атмосфере кислоро-

да улетучивается. Скорость возгонки в окислительной атмосфере при

1400 °С значительно увеличивается при наличии растягивающих напря-

жений

[1]:

Напряжение

а, МПа ....

^воз.

г/(см?-с).

Сжатия

,01—0,02

0,2

Изгиба

,4-0,8

1,0

о,

Растяжения

01—0,02

27,0

Чистая

платина очень пластична, поддается обработке любыми ви-

дами деформации с обжатием до

99,90

% без промежуточного отжига.

При

воздействии серы,

углерода,

фосфора, сурьмы, мышьяка, свинца,

олова платина становится хрупкой.

26.

АКТИНИЕВЫЕ

МЕТАЛЛЫ

Актиний,

торий,

протактиний,

уран,

нептуний,

плутоний,

америций,

кю-

рий,

берклий,

калифорний,

эйнштейний,

фермий,

менделевий,

нобелий

(жолиотий),

лоуренсий

(резерфордий),

курчатовий,

нильсборий,

эка-

вольфрам,

жарений

— элементы, следующие за радием, являются радио-

активными

металлами. Отличительная особенность их — самопроизволь-

ное

превращение неустойчивого изотопа одного элемента в изотоп

другого,

сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер.

Актиниевые металлы взаимодействуют со многими веществами: га-

логенами, кислородом, водородом, азотом, углеродом; радиоактивный

распад ускоряет реакции, происходит разогрев образцов.

Торий

и уран содержатся в

рудах

в заметных количествах (в зем-

ной

коре

8-10~

3-1О~

4О

/о

соответственно), так как у них есть изо-

топы с большим периодом полураспада (миллиадры лет). Остальные

металлы находятся в природе в ничтожных количествах или получены

искусственно в течение последнего полстолетия.

Торий,

уран и плутоний используют в промышленном масштабе и

свойства их изучены достаточно,

другие

металлы — в малых количест-

вах (до долей грамма), а недавно открытые элементы — в виде отдель-

ных атомов. Это затрудняет изучение их свойств, особенно механиче-

ских, так как для их определения требуются образцы достаточного

размера. Еще большие трудности возникают вследствие малой длитель-

ности полураспада радиоактивного металла: если для некоторых изо-

топов актиния, тория, протактиния, урана, нептуния, плутония, амери-

ция,

кюрия, берклия и калифорния это — годы, то для эйнштейния,

169

фермия

и менделевия—дни, для нобелия, лоуренсия — минуты, а для

остальных — секунды и менее.

Актиноиды считали хрупкими, но, по более поздним данным, торий,

протактиний,

уран, нептуний и особенно америций пластичны.

Недостаточная пластичность некоторых актиниевых металлов обу-

словлена наличием примесей, особенностями кристаллического строе-

ния

и наличием дефектов. Поскольку электроотрицательность элементов

уменьшается с увеличением номера периода в системе элементов

Д.

И. Менделеева, то все актиниевые металлы должны быть достаточно

пластичны.

Исключение

могут

составлять лишь металлы с малосиммет-

ричной

кристаллической решеткой, например а-плутоний.

АКТИНИЙ

Атомный номер актиния 89, атомная масса 227,03, атомный радиус

0,203

нм. Известно 23 изотопа; наиболее долгоживущий — с атомной

массой 227 (полураспад 21,8 года). Актиний светится в темноте

голу-

бым светом. Электронное строение [Rn]6d'7s

. Электроотрицательность

0,8. Потенциал ионизации 6,89 эВ. Кристаллическая решетка — г.ц.к. с

параметром

а=0,53.

Плотность 10,07 т/м

. /

ПЛ

=1050°С, <„

ип

=3590°С.

ТОРИЙ

Атомный номер тория 90, атомная масса 232,0381, атомный радиус

0,!80 нм. Известно 24 изотопа, наиболее долгоживущий — с атомной

массой 232 с периодом полураспада

1,4-10'°

лет. Электронное строе-

ние

[Rn]6c(

. Электроотрицательность 1,2. Потенциал ионизации

6,08 эВ.

На

воздухе

торий тускнеет, реагирует с кислородом и фтором. При

нагревании

торий взаимодействует с хлором, бромом, серой, фосфором,

сероводородом, водородом, азотом. Медленно реагирует с минераль-

ными

кислотами, пассивируется в концентрированной азотной кислоте.

Кристаллическая

решетка до температуры 1365 °С — а-г.ц.к. с па-

раметром

0,5084

нм, выше 1450 °С — о.ц.к. с параметром 0,411 нм.

Плотность

11,72 т/м

. г

л=1696°С, ^

„ = 3862

С.

Упругие

свойства то-

рия

при 20 "С: Е=70 ГПа,

= 28 ГПа, ц=0,27.

Механические свойства отожженного (750 °С, 30 мин) кальциетер-

мического тория зависят от примеси

углерода

[1]:

С.

% о

, МПа а

, МПа б, % г|>, %

0,05

0,07

0,09

207

237

266

150

190

220

Влияние

температуры и скорости деформации на механические

свойства отожженного листового кальциетермического тория показано

ниже [1]:

игп

, °С 20 93 204 316

, МПа

196/206

157/167

137 127

б. % 49/41 51/39

29/34

i|).

% 61/64

55/63

44/67

38/61

Примечание.

В числителе —

значения

для £ =

0,007

мин "~ , в

знаменателе

— для £ = 0,39 мин *•

170