Metalele erei cosmice - Metalul materialul principal al contemporaneitatii

Metalele erei cosmice

Materialul principal al contemporaneitatii

Generalitati

Secolului trecut i-au fost atribuite diverse calificative: secolul atomic, cosmic, secol al materialelor sintetice. Daca e sa ramanem fideli traditiei, denumind epoca dupa principiul material din care sunt confectionate uneltele de munca, secolul XX ar putea fi numit, pe buna dreptate, secol al fierului, al metalului ce constituie coloana vertebrala a industriei moderne.

Tehnica industriala "exploateaza" astfel de proprietati ale metalelor, ca: duritatea, soliditatea, termorezistenta si plasticitatea, termoconductibilitatea si electroconductibilitatea, magnetismul si supraconductibilitatea, capacitatea de dezintegrare nucleara etc.

In absenta metalelor si a proprietatilor mentionate ale acestora este greu, daca nu chiar imposibil, sa ne imaginam progresul tehnico-stiintific, dezvoltarea industriei si a diverselor domenii ale activitatii umane.

Pentru a fi mai concludenti, este suficient sa amintim ca lipsa proprietatilor magnetice ar face imposibila orientarea vaselor maritime in Oceanul Mondial, a geologilor si a turistilor. Fara capsa magnetica din bujiile motoarelor n-ar functiona masinile, tractoarele, avioanele, iar lipsa miezului de fier ar face imposibila functionarea motoarelor si transmitatoarelor electrice, ceea ce ar insemna, in definitiv, imposibilitatea producerii energiei electrice. E lesne a presupune consecintele unei atare situatii.

Puterea reactoarelor cosmice depaseste cu mult capacitatea celor mai mari statii hodroelectrice, fapt ce se datoreaza majorarii esentiale a temperaturii si a presiunii in motoarele de combustie interna. Materialele rezistente la temperaturi inalte sunt solicitate si in constructia turbinelor cu gaze, a reactoarelor pentru statiile atomoelectrice. Energetica nucleara necesita, de asemenea, materiale rezistente la radiatia penetrabila din diverse medii "agresive". Medicina moderna utilizeaza si ea un sir de materiale cu proprietati si calitati inalte.

Din cele cateva exemple, devine limpede ca, in zilele noastre, industria metalurgica, implicit, specialistii din domeniu au un rol fundamental, definitoriu in asigurarea cu materiale necesare diferite branse ale activitatii umane.

Duritatea si rezistenta metalelor si a aliajelor.

Cronica trista. In ziua geroasa de 31 ianuarie, anul 1951, in regiunea Quebec din Canada s-a prabusit un pod rutier. In acel moment pe pod trecea un singur automobil. S-au prabusit trei arcuri, fiecare cu lungimea de 54 metri. Constructia podului fusese finisata in anul 1947.

In Belgia, din 52 de poduri construite in perioada anilor 1934 - 1938, catre anul 1940 s-au prabusit cinci. Doua poduri s-au daramat complet. In martie, anul 1938 s-a prabusit podul peste canalul Albert din localitatea Hasselta a carui exploatare incepuse abia un an in urma. In perioada anilor 1947-1955 in Europa s-au prabusit 14 poduri.

In decembrie, anul 1951 in Cehoslovacia s-a prabusit un pod de cale ferata cu lungimea de 12 m dupa ce trecuse doar o singura locomotiva. Cativa ani mai tarziu, s-a prabusit podul de pe      magistrala din Viena.

In Statele Unite ale Americii au fost inregistrate mai multe cazuri de prabusire a podurilor la a caror constructie a fost folosita tehnologia de sudare a segmentelor metalice. Din circa cinci mii de vase maritime, construite in timpul celui de-al doilea razboi mondial, catre luna aprilie anul 1946 mai bine de o mie aveau fisuri in corpul lor. Zece petroliere si trei nave maritime de transport de tipul "Liberty" s-au distrus completamente. La alte 25 de nave s-au distrus puntile superioare, care erau confectionate din oteluri dure. Unele nave s-au deteriorat pana a fi lansate pe apa. In anul 1943, in timpul primelor incercari maritime, s-a daramat petrolierul "Schenectedy" cu un volum de 7230 tone. In luna martie a aceluiasi an in mare linistita s-a frant in doua petrolierul "Esso Manhaten", a carui volum era de 10344 tone. In august a. 1966 s-a prabusit una dintre cele mai inalte constructii din lume - turnul de televiziune din regiunea de sud-vest a Groenlandei, cu o inaltime de 400m.

Care ar fi cauza acestor catastrofe? Oare cei mai buni ingineri constructori, inarmati cu cele mai recente realizari ale stiintei si tehnicii, nu puteau calcula corect rezistenta constructiilor metalice? Sau poate aceste constructii au avut defecte?

Pentru a raspunde la intrebarile privind duritatea si rezistenta metalelor, este necesar a stabili natura legaturii dintre atomii metalelor si modificarile cauzate de fortele exterioare. Modelarea retelelor cristaline ale diferitor metale, efectuata in baza rezultatelor studiilor cu raze X, a aratat ca in nodurile retelelor cristaline ale metalelor in stare solida se afla ionii-atomi, care sunt situati unul fata de altul astfel, incat se realizeaza schimbul optimal de electroni (reteaua cristalina poseda energie interna minima). Posibilitatea realizarii acestui schimb de electroni este cu atat mai mare, cu cat sunt "impachetati" mai compact atomii in reteaua cristalina a metalului. Cele mai compacte "impachetari" se realizeaza in reteaua cristalina cubica centrata la fete si cea hexagonala. In ambele retele volumul ocupat de bilele conventionale constituie 74%.

Majoritatea metalelor au anume aceste retele cristaline: cubica centrata la fete - aluminiul, cuprul, plumbul, nichelul, aurul, argintul, platina (17 metale in total), hexagonala - magneziul, zincul, cadmiul, beriliul (22 metale in total). Atomii unui sir de metale - litiu, crom, vanadiu, wolfram, molibden (in total 17) - sunt aranjati in reteaua cubica centrata intern, in care volumul ocupat de bilele conventionale constituie 68%. Unele metale se pot cristaliza in doua si mai multe forme cristaline (fenomenul alotropiei).

Atomii metalelor poseda energie potentiala minima numai atunci cand se afla in nodurile retelei cristaline. Orice abatere a atomului din aceasta pozitie de echilibru este insotita de aparitia fortelor, care tind sa aduca atomul in pozitia sa initiala. Aceste forte confera metalelor elasticitate, una dintre proprietatile fizice importante a lor.

Prelucrarea termica a metalelor conduce atat la imbunatatirea proprietatilor fizice (duritatea, elasticitatea), cat si la slabirea acestora. In primul caz, la racire lenta are loc aranjarea stricta a atomilor in reteaua cristalina caracteristica metalului in cauza, si, ca rezultat, energia potentiala a atomilor este minima. In cel de-al doilea, cristalizarea incepe in cateva centre concomitent. Zonele de cristalizare din aceste centre se raspandesc uniform in tot volumul si, ciocnindu-se, formeaza zone intermediare, in care cristalele sunt orientate sub diferite unghiuri. Atomii in aceste zone sunt supusi in mod egal actiunii retelelor cristaline initiate in diferite centre. Tot in zonele intermediare se acumuleaza impuritatile, care, fara indoiala, sunt prezente in orice metal sau aliaj si se formeaza goluri in care se acumuleaza gazele. Toate acestea slabesc      mult duritatea si rezistenta metalelor. Laminarea, forjarea, stantarea si alte tehnologii de prelucrare a metalelor micsoreaza sau duc la disparitia acestor zone intermediare. Iata de ce dupa prelucrarea termica si deformatia plastica metalele devin mai dure si mai rezistente decat dupa turnare.

Deformatia plastica a metalelor este un proces complicat, insotit de modificarea nu numai a dimensiunilor si a formei, dar si a proprietatilor fizice ale metalelor prelucrate.

Cristalul ideal este doar modelul retelei cristaline, fara dereglari in structura simetrica. Studiile, efectuate de un sir de savanti - fizicieni si chimisti, au aratat ca structura retelelor cristaline ale metalelor in realitate nu este desavarsita.

Care este totusi pricina defectelor in reteaua cristalina a metalelor?

Atomii-ioni din nodurile retelei cristaline se afla in miscare permanenta. Amplituda oscilarii si a vibratiei lor se mareste odata cu cresterea temperaturii. Aceasta miscare nu inceteaza nici chiar la temperaturi apropiate de zero absolut. La cresterea temperaturii, energia medie a majoritatii atomi-ionilor se mareste si in urma interactiunii reciproce, o parte din ei obtine o energie atat de mare, incat parasesc pozitiile de echilibru energetic. In continuare, acesti atomi-ioni "ratacesc" in interiorul retelei cristaline sau se evapora de pe suprafata metalului in mediul inconjurator. Atomi-ionii, care "ratacesc" in interiorul retelei cristaline, se numesc delocalizati, iar nodurile retelei cristaline parasite - locuri vacante, care pot migra in interiorul retelei cristaline.

La temperaturi apropiate de temperatura de topire a metalului, numarul atomilor delocalizati constituie circa 2% si, ca urmare, structura retelei cristaline a metalului este deformata esential. Prezenta impuritatilor, de asemenea, deformeaza reteaua cristalina a metalului.

Intrucat atomii au dimensiuni foarte mici, chiar si o cantitate mica de impuritati cauzeaza defecte esentiale in reteaua cristalina, ceea ce influenteaza mult proprietatile fizice ale metalului. Astfel, impuritatile de sulf in cantitate de aproximativ 0,005% in nichel modifica mult proprietatile plastice ale acestui metal si il fac sfaramicios. Hidrogenul in cantitate de 0,001% face fierul sfaramicios, iar in stare pura isi pastreza plasticitatea chiar si la temperatura heliului lichid (minus 268,8C). Proprietatile semiconductoarelor din germaniu sufera modificari daca este prezent un atom de impuritati la un miliard de atomi de germaniu.

Un sir de metale pot avea diferite retele cristaline in dependenta de conditiile in care se afla (temperatura, presiunea, etc.), fapt ce exercita influenta asupra duritatii si a rezistentei lor.

Duritatea: in varful piramidei

In anul 1929, o firma engleza i-a propus conducatorului unei uzine de producere a metalelor neferoase din Siberia un contract, conform caruia uzina se angaja sa realizeze partii engleze roca sterila dupa extragerea metalelor. Disponibilitatea englezilor la asa risipa pentru roca sterila, in care nu se mai continea nici un metal pretios, a trezit suspiciuni. Analiza chimica efectuata a stabilit ca roca sterila continea reniu unul dintre cele mai rare elemente chimice. Afacerea a esuat.

Reniul a fost prezis de savantul rus D. Mendeleev inca in anul 1871, dar a fost descoperit abia in a. 1925 de catre chimistii germani, sotii Noddac, in probele minereului columbit. Savantii au denumit acest element reniu de la denumirea raului si a provinciei cu acelasi nume - Rein.

Primele cantitati miligramice de reniu au fost obtinute in anul 1926. Costul reniului depasea de zeci de ori costul aurului. In anul 1930 producerea mondiala a reniului alcatuia doar 3 grame, dat fiind faptul ca acest metal este unul dintre cele mai rare elemente in scoarta terestra. Daca raspandirea metalelor in scoarta terestra ar fi redata in forma de piramida, atunci aluminiul, fierul, calciul ar alcatui baza acestei piramide, iar reniul ar ocupa locul in varful acestei piramide.

Reniul este nu numai unul dintre cele mai rare metale, dar este si foarte dispersat. El nu formeaza minereuri, de aceea pentru separarea cantitatilor miligramice de reniu sunt prelucrati, in sensul direct al cuvantului, munti de roca. Reniul se obtine concomitent cu producerea molibdenului. Obtinerea reniului, chiar si in zilele noastre, ramane de sute de ori mai mica decat a aurului, de asemenea, un metal rar.

Prin ce se deosebeste acest metal, atat de rar intalnit in scoarta terestra, si cu o tehnologie de obtinere atat de complicata, de alte metale?

Reniul este un metal foarte dur, de culoare alb-argintie, la exterior seamana cu platina. Este de circa trei ori mai greu decat fierul, greu fuzibil (temperatura de topire mai inalta are numai wolframul). Reniul are o stabilitatea chimica extraordinara. El nu se oxideaza cu oxigenul din aer si interactioneaza foarte slab cu acizii si bazele.

Temperatura inalta de topire, taria si duritatea mecanica, stabilitatea anticoroziva deosebita, pasivitatea fata de gaze si proprietatile electrice pretioase plaseaza reniul in sirul materialelor de perspectiva pentru industria atomica, cosmica, electrotehnica, radio-electronica etc.

Contactele electrice din reniu sunt de neinlocuit in releele automate si in alte instalatii. La vibratii, in conditiile coroziunii gazoase si electrochimice, contactele din wolfram nu rezista nici cateva zile, pe cand cele din reniu functioneaza ani in sir.

Reniul depaseste wolframul dupa un sir de caracteristici, necesare in aparatele tehnologice de obtinere a vidului. El se disperseaza mai greu si este mai putin supus actiunii gazelor, care raman in metale chiar si dupa evacuarea lor prin pompare.

Influenta reniului asupra proprietatilor aliajelor a fost studiata in cele mai prestigioase laboratoare metalurgice din lume. Actualmente sunt cunoscute proprietatile si structura aliajelor reniului cu cea mai mare parte a elementelor din sistemul periodic. Utilizarea reniului si a aliajelor lui permite marirea termenului de functionare a unui sir de aparate importante. Incalzitoarele din reniu, folosite in tuburile electronice ale aparatelor de televizoare, mareste termenul de functionare a acestora de 5-10 ori. Pentru masurarea exacta a temperaturii in domeniul 2000-2500C, cele mai potrivite sunt termoparele, confectionate din aliajul wolframului si a reniului. Aliajele reniului sunt de neinlocuit la constructia aparatelor in care se utilizeaza fire de sarma foarte subtiri si rezistente. Firul de sarma, confectionat din aliajul reniului, este de doua-trei ori mai subtire decat firul de par si rezista la o greutate de 7 kg. Utilizarea aliajului de reniu si de molibden in confectionarea catodului electronic mareste durata functionarii acestuia pana la 10000 ore. Astfel, instalatiile catodice, folosite la confectionarea aparatelor de transmisie a imaginii, pot functiona vesnic.

Daca functionarea aparatelor necesita detalii cu suprafata stabila, este suficient acoperirea acestor detalii cu un strat de protectie din reniu. Astfel, acoperirea suprafetei filamentului de wolfram din becurile electrice cu un strat subtire de reniu, mareste durata de functionare a acestuia de circa cinci ori.

Reniul imbunatateste mult proprietatile fizice ale wolframului si ale molibdenului. La temperatura camerei sau mai joasa, wolframul si molibdenul de puritate tehnica sunt foarte fragile, asemenea sticlei. Adaosurile de reniu la aceste metale maresc plasticitatea lor, ele devin forjabile, calitati fara de care nu este posibila obtinerea materialelor de constructie in baza acestor metale.

Adaosurile neesentiale de reniu imbunatatesc proprietatile multor aliaje. Cateva sutimi de procent de reniu maresc temperatura de topire a aliajelor cromului si a nichelului cu 250-300C, lucru care este foarte important in industria constructoare de masini. Durata de exploatare a detaliilor confectionate din astfel de aliaje se mareste de zeci de ori.

Proprietatile mentionate plaseaza acest metal printre cele mai solicitate in industria si economia mondiala. Actualmente, industriala constructoare de masini duce o lipsa permanenta a      cantitatilor necesare de reniu.

Metale rare

Marele chimist rus D. Mendeleev considera ca metale rare sunt acele, a caror minereuri se intalnesc foarte rar in natura si care nu au o intrebuintare practica.

Din cele 114 elemente chimice, cunoscute actualmente, mai mult de 50 sunt considerate      rare. Acestea sunt repartizate in sase grupe: metale usoare, metale greu fuzibile, metale dispersate, pamanturi rare, metale radioactive si metale nobile.

Pe masura utilizarii lor in diverse ramuri ale economiei mondiale, multe metale trec din grupa celor rare in grupa metalelor obisnuite.

In antichitate si fierul era considerat metal rar. Acum, 100 de ani, aluminiul facea parte din aceeasi grupa, iar titanul "a parasit" aceasta grupa acum 20 de ani. Actualmente, practic nu este posibila dezvoltarea cosmonauticii, a industriei radio-electronice, a energeticii atomice si a multor altor ramuri ale activitatii umane fara utilizarea metalelor rare.

Wolframul este unul dintre cele mai "vechi" metale rare. El a fost descoperit in secolul al XVIII-lea. In a doua jumatate a secolului XX insa specialistii in metalurgie au "descoperit" acest metal a doua oara. Datorita proprietatilor otelurilor, care contin wolfram, acest metal este numit "transformatorul" metalurgiei. Adaugarea wolframului imbunatateste proprietatile otelurilor, fiindca micsoreaza dimensiunile cristalelor. Marirea duritatii otelurilor la adaugarea wolframului este cauzata, de asemenea, si de formarea carburii de wolfram.

Niobiul si aliajele in baza lui sunt rezistente la temperaturi inalte si se folosesc la fabricarea detaliilor pentru avioanele reactive si a aparatelor cosmice, care functioneaza la temperaturi inalte. Niobiul poseda, de asemenea, o stabilitate inalta in topiturile metalelor alcaline, ceea ce face acest metal si aliajele lui de neinlocuit in constructia aparatelor si a instalatiilor de racire a reactoarelor de la statiile atomice, precum si in constructia de masini pentru industria chimica. Folosirea pe scara larga a niobiului a condus spre cresterea vertiginoasa a producerii lui. Astfel, in Statele Unite ale Americii producerea niobiului in anul 1970 s-a marit de 700 ori in comparatie cu anul 1958.

Niobiul este componentul principal al aliajelor supraconductibile, insa cel mai frecvent acest metal se utilizeaza la producerea otelului pentru turnarea tevilor la conductele de gaz si petrol.

Rulmentii, a caror suprafata este acoperita cu indiu, au un termen de exploatare de cinci ori mai mare decat cei obisnuiti. Suprafetele acoperite cu indiu au o capacitate de reflectie mai inalta decat cele argintate, nu denatureaza lumina si nu-si pierd luciul timp indelungat. Oglinzile din indiu sunt practic de neinlocuit in constructia aparatelor astronomice de inalta precizie.

Proprietati deosebite poseda galiul . Acest metal se topeste la circa 30C (de la caldura mainilor) si fierbe la o temperatura mai inalta de 2200C. Galiul se utilizeaza in termometrele pentru masurarea temperaturilor inalte. Datorita termoconductibilitatii inalte, el este cel mai de perspectiva metal in sistemele de racire ale reactoarelor nucleare. Compusii galiului si a indiului au      proprietati de semiconductori.

Curioasa este istoria vanadiului, actualmente component principal in tehnologia fabricarii otelurilor. In anul 1905 in Anglia s-a desfasurat o cursa de automobile. Cand unul din automobile s-a avariat si fragmentele motorului acestuia au nimerit in mainile magnatului american Henry Ford, el a ramas impresionat de duritatea inalta si densitatea mica a metalului, din care erau confectionate acestea. Peste scurt timp, rezultatele studiului de laborator au aratat ca asemenea proprietati ale aliajului se datoreaza vanadiului. Otelul obtinut de catre Henry Ford in laboratoarele sale, prin adaugarea vanadiului, nu numai ca era mai usor si mai dur, dar avea o rezistenta mai mare decat otelul obisnuit. Aceasta i-a permis lui Ford sa-si invinga concurentii din industria constructoare de automobile.

Care este mecanismul de modificare a proprietatilor otelurilor prin adaugarea vanadiului? Raspunsul la aceasta intrebare, dat de specialistii metalurgi si chimisti, este convingator.In otelul obisnuit, la topire se dizolva un sir de gaze (in cea mai mare masura azotul si oxigenul). La racirea otelului aceste gaze se elimina, deoarece solubilitatea lor in aliajul rece este mult mai mica. Eliminarea completa insa nu are loc din cauza maririi esentiale a viscozitatii la etapa initiala de racire si gazele raman in otel sub forma de bule foarte mici. La prelucrarea otelului (la laminare, la forjare, la stantare) aceste bule se intind in "ate", acestea din urma fiind cauza duritatii diferite a otelului in directii diferite. Vanadiul formeaza compusi chimici cu oxigenul si azotul. Acesti compusi, avand o densitate mai mica, se ridica la suprafata aliajului topit si sunt inlaturati cu zgura. Carbura de vanadiu obtinuta impiedica formarea cristalelor mari in reteaua cristalina a otelului, ceea ce duce la marirea duritatii lui. Astfel se obtin otelurile cu cristale mici, dure si forjabile. Este foarte important ca aceasta structura cristalina se pastreaza in aceste oteluri si la temperaturi inalte.

Adausuri mici de vanadiu "innobileaza" si alte metale: titanul devine mult mai dur, 3% de vanadiu confera aluminiului o duritate mult mai inalta. Aliajul aluminiului cu vanadiul este foarte rezistent la coroziune in aerul cu umiditate sporita si chiar si in apa de mare, de aceea se utilizeaza in constructia de avioane si de vase maritime.

Wolframul, molibdenul, niobiul, tantalul si aliajele in baza acestora permit sa se obtina materiale, ce-si pastreaza duritatea timp indelungat la temperaturi mai mari de 1100C.

Tantalul, niobiul si inca un sir de metale rare si nobile se folosesc in chirurgia de restabilire.

Unii savanti considera ca omenirea a inceput sa "exploateze" proprietatile pretioase ale metalelor rare inca din vechime, cand nici nu banuiau existenta lor. Minereurile de fier din diferite regiuni ale globului pamantesc contin diferite metale rare, de aceea otelurile obtinute din aceste minereuri se deosebesc dupa proprietati. La Damasc otelul se obtinea din minereul care continea wolfram. Sabiile samurailor niponi erau confectionate din otelul obtinut din minereul care continea molibden. Cum numai rezervele minereurilor respective se epuizau, producerea acestor oteluri inceta. Toate acestea observatii demonstreaza ca proprietatile otelurilor depind nu numai de tehnologiilee de obtinere, ci si de compozitia minereurilor de fier utilizate si anume de metalele rare din aceste minereuri.

Astfel, se poate constata cu certitudine ca domeniul principal de utilizare a metalelor rare este producerea otelurilor de calitate inalta.

Asaltul temperaturilor inalte.

Una din intrebarile, care i-a framantat mult timp pe specialistii in domeniu, tine de pierderea duritatii si a rezistentei de catre metale si aliaje la temperaturi inalte. De ce in rezultatul incendiilor se prabusesc cladiri cu multe etaje, desi carcasele lor de otel nu ard si nu se topesc? Raspunsul este urmatorul: la temperaturi inalte fierul se recristalizeaza si pierde rigiditatea si duritatea, deformandu-se sub greutatea materialelor de constructie.

La temperaturi mai mici cu circa 300C decat temperatura de topire, fierul devine plastic, asemeni plumbului la temperatura obisnuita. Datorita acestei proprietati, fierul si otelurile sunt forjabile, se supun laminarii si stantarii. Devenind insa plastic, fierul isi pierde rezistenta si duritatea.

Progresul tehnic si tehnologiile moderne necesita materiale rezistente, cu duritate inalta la temperaturi mari. Cu cat este mai inalta temperatura      turbinei de gaze, cu atat mai puternic este motorul si cu atat mai putin combustibil se consuma pentru obtinerea unei unitati de putere. Paletele turbinelor aviamotoarelor functioneaza la temperaturi de circa 1100C. Detaliile motoarelor cu ardere interna trebuie sa-si pastreze rezistenta si duritatea la temperaturi ce depasesc 1200C. Actualmente, se prevede producerea turbo-motoarelor cu temperatura de functionare de circa 1700C.

Cum se obtin totusi materiale rezistente la asemenea temperaturi? Pentru a raspunde la aceasta intrebare, mai intai trebuie stabilit de ce depinde rezistenta si duritatea metalelor si a aliajelor la incalzire puternica.

Este evident ca nici un material de constructie nu poate fi utilizat la temperaturi apropiate de temperatura de topire sau chiar mai mari. Temperatura de topire este cu atat mai inalta, cu cat legaturile atomi-ionilor in reteaua cristalina sunt mai trainice. Cea mai inalta temperatura de topire o are wolframul - 3380C.

La marirea temperaturii, energia atom-ionilor creste, iar stabilitatea retelei cristaline se micsoreaza. Astfel, in zonele dintre retelele cristaline initiate in diferite locuri, la racirea metalului energia interna a atomi-ionilor depaseste energia retelei cristaline, ceea ce duce la aparitia defectelor in reteaua cristalina a metalului.Defectele sunt mai pronuntate la metalele cu reteaua cristalina hexagonala, fapt ce se explica prin dilatarea neuniforma a retelei. Neuniformitatea este considerabila pentru un sir de metale.

Fiecare sector al retelei cristaline, la dilatare, este limitat de sectoarele vecine, ceea ce cauzeaza cresterea energiei atomi-ionilor in reteaua cristalina. Efectul este mai puternic pronuntat la titan.

Reteaua cristalina cubica centrata la fete se dilata uniform la cresterea temperaturii.La incalzirea metalelor cu astfel de retea, energia atomi-ionilor este relativ mica, de aceea aceste metale, la cresterea temperaturii, se caracterizeaza printr-o pierdere mai mica a rezistentei. Din acesta cauza metalele cu retea cristalina cubica centrata la fete servesc ca baza pentru obtinerea otelurilor greu fuzibile. Unul dintre aceste metale este fierul. Pentru a mari energia legaturilor atomi-ionilor in reteaua cristalina si a impiedica recristalizarea, la fier se adauga cantitati mici de metale greu fuzibile - wolfram, molibden, niobiu. La adaugarea unor cantitati mici de wolfram temperatura de topire a aliajelor polimorfe (reteaua cristalina contine atomi-ioni a doua si mai multe metale) se mareste cu zeci de grade. Pentru micsorarea numarului de atomi-ioni delocalizati, care diminueaza duritatea si rezistenta fierului, se adauga aluminiu sau titan. Formarea carburilor greu fuzibile in oteluri mareste temperatura lor de topire cu sute de grade.

Metalele usor fuzibile micsoreaza temperatura de topire a otelului. Acumulandu-se in zonele intermediare, aceste metale scad duritatea si rezistenta otelului. La producerea otelurilor cu temperatura inalta de topire, la aliajele respective ale fierului se adauga metale greu fuzibile de o puritate inalta.

Cu cat diferenta dintre numarul de ordine al metalului de baza si al metalului adaugat in sistemul periodic este mai mare, cu atat temperatura de topire a otelului este mai inalta si cu atat el este mai dur si mai rezistent. Atomii acestor metale sunt uniti intre ei nu numai prin legatura metalica, dar si prin legatura chimica. Cu cat insa metalele sunt situate mai departe unul de altul in sistemul periodic, cu atat ele se dizolva reciproc mai greu. Iata de ce pentru a obtine oteluri cu temperatura inalta de topire, la metalul de baza se adauga un sir de metale greu fuzibile.