Свойства металлов: химические, физические, технологические

Один комментарий

Содержание:

Не секрет, что все вещества в природе делятся на три состояния: твердые, жидкие и газообразные. А твердые вещества в свою очередь делятся на металлы и неметаллы, разделение это нашло свое отображение и в таблице химических элементов великого химика Д. И. Менделеева. Наша сегодняшняя статья о металлах, занимающих важное место, как в химии, так и во многих других сферах нашей жизни.

К слову лом цветных и черных металлов всегда высоко ценился на рынке вторичной переработке. Последнее время цена на него постоянно растет. Узнайте актуальные цены, по которым можно сдать металлолом: https://citylom.ru

Химические свойства

Все мы, так или иначе, но сталкиваемся с химией в нашей повседневной жизни. Например, во время приготовления еды, растворение поваренной соли в воде является простейшей химической реакцией. Вступают в разнообразные химические реакции и металлы, а их способность реагировать с другими веществами это и есть их химические свойства.

Среди основных химических свойств или качеств металлов можно выделить их окисляемость и коррозийную стойкость. Реагируя с кислородом, металлы образуют пленку, то есть проявляют окисляемость.

Аналогичным образом происходит и коррозия металлов – их медленное разрушение по причине химического или электрохимического взаимодействия. Способность металлов противостоять коррозии называется их коррозийной стойкостью.

Физические свойства

Среди основных общих физических свойств металлов можно выделить:

• Плавление.
• Плотность.
• Теплопроводность.
• Тепловое расширение.
• Электропроводность.

Важным физическим параметром металла является его плотность или удельный вес. Что это такое? Плотность металла – это количество вещества, которое содержится в единице объема материала. Чем меньше плотность, тем металл более легкий. Легкими металлами являются: алюминий, магний, титан, олово. К тяжелым относятся такие металлы как хром, марганец, железо, кобальт, олово, вольфрам и т. д. (в целом их имеется более 40 видов).

Способность металла переходить из твердого состояния в жидкое, именуется плавлением. Разные металлы имеют разные температуры плавления.

Скорость, с которой в металле проводится тепло при нагревании, называется теплопроводностью металла. И по сравнению с другими материалами все металлы отличаются высокой теплопроводностью, говоря по-простому, они быстро нагреваются.

Помимо теплопроводности все металлы проводят электрический ток, правда, некоторые делают это лучше, а некоторые хуже (это зависит от строения кристаллической решетки того или иного металла). Способность металла проводить электрический ток называется электропроводностью. Металлы, обладающие отличной электропроводностью, это золото, алюминий и железо, именно поэтому их часто используют в электротехнической промышленности и приборостроении.

Механические свойства

Основными механическими свойствами металлов является их твердость, упругость, прочность, вязкость и пластичность.

При соприкосновении двух металлов могут образоваться микро вмятины, но более твердый металл способен сильнее противостоять ударам. Такая сопротивляемость поверхности металла ударам извне и есть его твердость.

Чем же твердость металла отличается от его прочности. Прочность, это способность металла противостоять разрушению под действием каких-либо других внешних сил.

Под упругостью металла понимается его способность возвращать первоначальную форму и размер, после того как нагрузка, вызвавшая деформацию металла устранена.

Способность металла менять форму под внешним воздействием называется пластичностью.

Технологические свойства

Технологические свойства металлов и сплавов важны в первую очередь при их производстве, так как от них зависит способность подвергаться различным видам обработки с целью создания разнообразных изделий.

Среди основных технологических свойств можно выделить:

• Ковкость.
• Текучесть.
• Свариваемость.
• Прокаливаемость.
• Обработку резанием.

Под ковкостью понимается способность металла менять форму в нагретом и холодном состояниях. Ковкость метала, была открыта еще в глубокой древности, так кузнецы, занимающиеся обработкой металлических изделий, превращением их в мечи или орала (в зависимости от потребности) на протяжении многих веков и исторических эпох были одной из самых уважаемых и востребованных профессий.

Способность двух металлических сплавов при нагревании соединяться друг с другом называют свариваемостью.

Текучесть металла тоже очень важна, она определяет способность расплавленного метала растекаться по заготовленной форме.

Свойство металла закаливаться называется прокаливаемостью.

Интересные факты

• Самым твердым металлом на Земле является хром. Этот голубовато-белый метал был открыт в 1766 году под Екатеринбургом.
• И наоборот, самыми мягкими металлами являются алюминий, серебро и медь. Благодаря своей мягкости они нашли широкое применение в разных областях, например, в электроаппаратостроении.
• Золото – которое на протяжении веков было самим драгоценным металлом имеет и еще одно любопытное свойство – это самый пластичный металл на Земле, обладающий к тому же отличной тягучестью и ковкостью. Также золото не окисляется при нормальной температуре (для этого его нужно нагреть до 100С), обладает высокой теплопроводностью и влагоустойчивостью. Наверняка все эти физические характеристики делают настоящее золото таким ценным.
• Ртуть – уникальный металл, прежде всего тем, что он единственный из металлов, имеющий жидкую форму. Причем в природных условиях ртути в твердом виде не существует, так как ее температура плавления -38С, то есть в твердом состоянии она может существовать в местах, где просто таки очень холодно. А при комнатной температуре 18С ртуть начинает испаряться.
• Вольфрам интересен тем, что это самый тугоплавкий металл в мире, чтобы он начал плавиться нужна температура 3420С. Именно по этой причине в электрических лампочках нити накаливания, принимающие основной тепловой удар, изготовлены из вольфрама.

Видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Страница про автора

Механические и технологические свойства металла

Металлы являются категорией химических элементов, которым присущи специфические физические, химические, механические, а также технологические свойства.

Для того чтобы определить механические свойства металлов, специалисты проводят механические испытания. Именно это позволяет им выявить твердость, прочность, вязкость металла, а также другие механические свойства этого материала. Чтобы определить механические свойства металла, необходимо взять технологические пробы для определения видов обработки для конкретного металла.

Механические свойства металлов

Металлы обладают целым рядом механических свойств:

• 
  твердость металла

Твердость металла представляет собой его способность препятствовать проникновению в материал другого более твердого вещества. Твердость определяется благодаря специальной минералогической шкале Мосса. Специалисты отмечают, что практически все металлы находятся в твердом состоянии. Исключением являются ртуть, галлий, цезий и франций.

• 
  прочность металла

Это свойство, которое определяет степень разрушения металла при воздействии на него физически или механически. Металлическим сплавом, который почти не деформируется при воздействии и отличается своей прочностью, является сталь. Самым непрочным металлом является ртуть.

• 
  вязкость металла

Считается, что чем больше металл сопротивляется при увеличивающихся ударных нагрузках, тем более он вязок.

• 
  хрупкость металла

Это свойство противоположно вязкости. Определяется в том случае, когда металл можно разрушить с применением силы. Самым хрупким металлом считается чугун.

• 
  пластичность металла

Наиболее ярким примером пластичного металла является чугун. Чем большие нагрузки выдерживает металл, при этом, не разрушаясь и сохраняя придаваемую форму после того, как воздействие на материал прекратилось, тем больше металл пластичен.

• 
  упругость металла

Это свойство превращает собой способность металла возвращать свой первоначальный вид после воздействия на материал внешними силами. Упругость является важным качеством при изготовлении стальных пружин, которые должны возвращать свою форму после их растяжки.

Технологические свойства металла

Технологические свойства металла определяются изменениями механических и физических свойств металла. Это происходит в зависимости от обработки металла резанием, литьем, ковкой и другими способами. Каковы же технологические свойства металла?

• 
  ковкость металла

Представляет собой способность металла к деформации.

• 
  прокаливаемость металла

Это свойство определяется во время закалки металла и обуславливается тем, чем глубже металл можно закалить, тем большей прокаливаемостью он обладает.

• 
  свариваемость металла

Это свойство способно выявиться при соединении двух металлических частей посредством их сварки.

• 
  текучесть металла

Текучесть представляет собой способность металла в жидком состоянии растекаться, заполняя определенную форму.

Где купить металлопрокат?

Купить металлопрокат в Санкт-Петербурге и в Москве дешево можно в компании Оптовые базы. Более того, на сайте компании Вы сможете выбрать необходимый вид металла, обратившись в Каталог металлопроката.

Чтобы оформить заказ, достаточно позвонить по телефону, указанному на сайте компании, или отправить заявку по Интернету.

Технологические свойства металлов | Металлургия

РЕКЛАМА:

Технологические свойства – это те качества, которые дают информацию о пригодности металлов для различных технологических операций или процессов. Такие свойства весьма желательны при формовании, формировании и изготовлении материалов.

Будут обсуждаться следующие технологические свойства: 1. Обрабатываемость 2. Свариваемость 3. Литейность 4. Формуемость 5. Ковкость.

1. Обрабатываемость:

Определяется как легкость, с которой данный материал может быть разрезан, что позволяет удалить материал с удовлетворительной обработкой при меньших затратах. Он используется для обозначения того, насколько хорошо материал принимает хорошую отделку. Его также можно назвать финишной способностью.

РЕКЛАМА:

Хорошая обрабатываемость связана со следующим:

(i) Высокая скорость резания.

(ii) Низкое энергопотребление.

(iii) Хорошее качество поверхности.

РЕКЛАМА:

(iv) Удаление материала с умеренным усилием.

(v) Средняя степень истирания инструмента (более длительный срок службы).

(vi) Образование мелких сколов.

Обрабатываемость зависит от следующих факторов:

РЕКЛАМА:

(i) Химический состав материала заготовки.

(ii) Микроструктура.

(iii) Механические свойства.

(iv) Физические свойства.

РЕКЛАМА:

(v) Условия резания.

(vi) Свойства охлаждающей жидкости.

(vii) Подача и глубина резания.

(viii) Вид и форма режущего инструмента.

РЕКЛАМА:

(ix) Размер и форма разреза.

(x) Коэффициент трения между стружкой и материалом инструмента.

(xi) Инструментальный материал.

(xii) Тип используемой машины.

(xiii) Вид механической обработки.

Для оценки обрабатываемости выбираются основные факторы, зависящие от типа операции и производственных требований.

При оценке обрабатываемости могут учитываться следующие критерии:

(i) Значение для сил резания.

(ii) Стойкость инструмента между двумя последовательными шлифованиями.

(iii) Качество отделки поверхности.

(iv) Форма и размер чипсов.

(v) Температура чипов.

(vi) Скорость съема металла.

(vii) Скорость резания при стандартной силе.

(viii) Силы резания и потребляемая мощность.

Следующие факторы повышают обрабатываемость:

(i) Мелкие недеформированные зерна.

(ii) Однородная микроструктура.

(iii) Пластинчатая структура низко- и среднеуглеродистых сталей.

(iv) Меньшая твердость, меньшая пластичность и меньшая прочность на растяжение.

(v) Холодная обработка низкоуглеродистой стали.

(vi) Отжиг, нормализация и отпуск.

(vii) Добавление небольших количеств серы, свинца, фосфора и марганца.

Обрабатываемость может быть улучшена путем добавления небольшого количества определенных элементов, таких как свинец, селен, сера, марганец и т. д.

«Серый чугун» гораздо лучше поддается механической обработке, чем «белый чугун», поскольку первый содержит углерод в свободной форме в виде чешуек графита, которые помогают стружке легко разрушаться во время обработки (кроме того, графит смазывает инструмент во время операции резания), тогда как последний (белый чугун) содержит свободные карбиды (углерод в комбинированной форме), которые являются очень твердыми составляющими и плохо поддаются механической обработке.

Индекс обрабатываемости:

Обрабатываемость различных металлов, подлежащих механической обработке, можно сравнить, используя индекс обрабатываемости каждого материала, который можно определить следующим образом:

A Стандартная сталь имеет содержание углерода не более 0,13%, марганца от 0,06 до 0,10% и серы от 0,80 до 0,03% и относительно легко поддается механической обработке; его индекс обрабатываемости условно принимается равным 100%.

Относительная обрабатываемость некоторых сплавов приведена ниже:

Отличная обрабатываемость:

(i) Магниевые сплавы.

(ii) Алюминиевые сплавы.

(iii) Цинковые сплавы.

Хорошая обрабатываемость:

(i) Листы латуни и красная латунь

(ii) Оружейная бронза

(iii) Ковкий чугун

(iv) Серый чугун

(v) Легкорежущие стали

(vi) Медно-алюминиевые сплавы.

Плохая обрабатываемость:

(i) Низкоуглеродистая сталь

(ii) Никель отожженный

(iii) Низколегированная сталь.

Удовлетворительная обрабатываемость:

(i) Чугунные слитки и кованое железо

(ii) Быстрорежущая сталь

(iii) Монель-металл

(iv) Спеченный карбид.

Необрабатываемый:

(i) нержавеющая сталь 18:8

(ii) Стеллит (сплав W, Cr, C, CO)

(iii) Белый чугун.

2. Свариваемость:

Он определяется как способность металла к сварке в условиях изготовления, предъявляемых к конкретной, соответствующим образом спроектированной конструкции, и к удовлетворительным характеристикам при предполагаемом использовании.

Реальными критериями при принятии решения о свариваемости металла являются качество сварки и легкость ее получения.

Свариваемость имеет большое значение для изготовления из металлов различных конструкций.

На свариваемость металла влияют следующие факторы:

(i) Состав металла

(ii) Хрупкость металла

(iii) Термические свойства

(iv) Техника сварки

(v) Наполнители

(vi) Флюс

(vii) Прочность металла при высокой температуре

(viii) Стабильность микрокомпонентов до температуры сварки

(ix) Сродство кислорода и других газов до и при температуре сварки

(x) Защитная атмосфера

(xi) Надлежащая термообработка до и после осаждения металла.

Свариваемость можно узнать, определив поведение металла при плавлении и охлаждении, по чувствительности к образованию трещин и надрезов или путем сравнения эффектов нагрева и охлаждения, которые имеют место на стыке металла с металлом с известной свариваемостью.

Влияние легирующих элементов на свариваемость:

Легирующие элементы влияют на свариваемость следующим образом:

(i) Улучшение механических свойств.

(ii) Образуют карбиды.

(iii) Увеличение или уменьшение прокаливаемости в зоне термического влияния.

(iv) Обеспечить измельчение зерна.

(v) Обеспечить раскисление расплавленного металла.

(vi) Форма преципитатов старения.

(vii) Контроль температуры вязко-хрупкого превращения.

а. Для определения пригодности стального и чугунного стержня проводятся следующие сварочные испытания:

(i) Испытание на изгиб (сварного соединения),

(ii) Стержень, приваренный к звену, должен стоять в закрытом состоянии без повреждений.

б. Следующие материалы имеют хорошую свариваемость в порядке возрастания:

(i) Нержавеющая сталь

(ii) Низколегированная сталь;

(iii) Чугун;

(iv) Углеродистая сталь;

(в) Железо.

3. Возможность литья:

Легкость, с которой металл может быть отлит в форму, известна как литейность металла. Он основан на таких факторах, как скорость затвердевания, газовая пористость, сегрегация, усадка и т. д.

Следующие факторы благоприятствуют литейным свойствам металла:

(i) Текучесть металла

(ii) Низкая скорость усадки (это уменьшение объема металла при переходе из расплавленного состояния в твердое).

(iii) Низкая или незначительная ликвация (Исключение легирующих элементов из металла по мере того, как они начинают затвердевать, известно как «сегрегация»; ликвацию можно преодолеть очень медленным охлаждением металла или последующей термической обработкой).

(iv) Низкая газопористость.

4. Формуемость:

Способность к формованию – это способность металлов принимать различные формы.

Различные факторы, в значительной степени определяющие текучесть или пластичность материала:

(i) Металлическая конструкция.

(ii) Размер зерна.

(iii) Горячая и холодная обработка.

(iv) Легирующие элементы.

(v) Размягчающая термическая обработка (отжиг и нормализация).

Мелкий размер зерна рекомендуется для поверхностного волочения металлов, тогда как для тяжелого волочения рекомендуется относительно крупное зерно.

Горячая и холодная обработка приводит к деформации зерна. Как правило, кристаллы холодной обработки более деформированы, чем обработанные горячей обработкой, и поэтому металлы холодной обработки обычно менее пластичны, чем обработанные горячей обработкой.

Большинство легирующих элементов в чистом металле снижают его пластичность, например, пластичность стали снижается по мере увеличения количества углерода в железе.

При размягчающих термических обработках типа отжига и нормализации пластичность металла восстанавливается. Деформированный и деформированный кристалл преобразуется, и, следовательно, сила, необходимая для проскальзывания, уменьшается.

5. Пластичность:

Это легкость, с которой материал претерпевает слишком сильное изменение формы под сжимающим напряжением без разрыва.

Такие материалы, как мягкая сталь, кованое железо, медь и алюминий, обладают хорошей пластичностью. Их можно отбить или свернуть в нужную форму без разрыва.

Степень пластичности измеряется толщиной листа или фольги, которую можно изготовить.

Главная ›› Металлургия ›› Металлы ›› Свойства ›› Технологические свойства металлов

Типы свойств технических материалов

Материалы имеют разные свойства в зависимости от того, для чего они используются. Одни материалы твердые, другие мягкие. Эти типы материалов, наиболее часто используемые в повседневной жизни, приведены ниже.

• Физические свойства материалов
• Химические свойства материалов
• Тепловые свойства материалов
• Электрические свойства материалов
• Магнитные свойства материалов
• Оптические свойства материалов
• Механические свойства материалов

Физические свойства материалов

Физические свойства материала — это те, которые можно наблюдать без изменения свойств материала. К физическим свойствам металлов относятся плотность, цвет, размер и форма, удельный вес материала, пористость и т. д. Некоторые из них определены ниже. Мы должны знать физические свойства материалов.

Плотность материалов

Плотность является одним из наиболее фундаментальных физических свойств любого материала. Плотность материала определяется как масса на единицу объема. Он определяется как отношение массы к объему материала. Обозначается буквой «п». Его единицей в системе СИ является кг/м3. Плотность важна во многих расчетах, потому что большинство конструкций ограничены либо размером, либо весом.

Форма и размер

Размеры любого металла отражают форму и размер материала, длину, ширину, высоту, глубину и т. д. Также определяют конкретное прямоугольное, круглое, сферическое или любое другое сечение. Вы также можете прочитать «Технические материалы — введение в атомную структуру».

Удельный вес материалов

Он определяется как отношение плотности материала к плотности эталонного материала или вещества. В нем нет никакого единства. Иногда его также называют относительной плотностью. Для расчета плотности в качестве эталонного вещества принимается вода.

Пористость материалов

Когда материал находится в состоянии плавления, он содержит растворенные в нем газы. Когда материал затвердевает, эти газы испаряются и оставляют после себя пустоты. Пористость материалов представляет собой количество пустот в твердых материалах.

Химические свойства материалов

Химические свойства связаны с изменением химического состава материала вследствие его взаимодействия с другими веществами. Химические свойства инженерных материалов необходимы, потому что большинство материалов при контакте с другими веществами могут вступать в реакцию с образованием новых материалов. Это разрушение материала в результате химической реакции с окружающей средой.

Его невозможно наблюдать без изменения химического состава вещества. Это химическое свойство включает pH, образование соли при реакции кислоты с металлом или уникальное изменение цвета в результате химической реакции.

Термические свойства материалов

Инженерные материалы важны в повседневной жизни из-за их универсальных структурных свойств. Тепловые свойства конструкционных материалов разнообразны, и поэтому их используют в разных приложениях. Тепловые свойства – это те свойства материала, которые связаны с его проводимостью тепла.

Другими словами, это свойства, которые материал проявляет при прохождении через него тепла. Термические свойства материала относятся к характерному поведению материала при термической нагрузке. Помимо этих свойств, они играют важную роль из-за своих физических свойств. Существуют различные тепловые свойства: теплопроводность, тепловое расширение, удельная теплоемкость, температура плавления, температуропроводность.

Температура плавления

Температура плавления – это температура, при которой вещество переходит из твердого состояния в жидкое при давлении в одну атмосферу. Состояния точки плавления как точка перехода между твердой и жидкой фазами. Температура плавления – это температура, при которой чистый металл или соединение меняет свое состояние с твердого на жидкое.

Температура плавления зависит от характера межатомных и межмолекулярных связей. Поэтому более высокую температуру сплавления демонстрируют те материалы, которые обладают более прочными связями. Ковалентные, ионные, металлические и молекулярные типы твердых тел, и они уменьшают порядок прочности связи и температуры плавления.

Электрические свойства технических материалов

Электрические свойства – это их способность проводить электрический ток. Различными электрическими свойствами являются удельное сопротивление, электропроводность, температурный коэффициент сопротивления, диэлектрическая прочность и термоэлектричество.

Некоторые электрические свойства технических материалов ниже

Удельное электрическое сопротивление

Это свойство материала сопротивляться протеканию электрического тока через материал. Это обратная связь проводимости. Значения удельного сопротивления указываются в единицах микроом-сантиметров. Как упоминалось выше, значения удельного сопротивления являются простыми зависимостями от проводимости.

Электропроводность

Это свойство материала, позволяющее пропускать электрический ток через материал. Это параметр, который указывает, насколько легко электрический ток может проходить через материал. Электропроводность материала зависит от удельного сопротивления. Электропроводность мера того, насколько хорошо материал приспосабливается к движению электрического заряда. Это отношение плотности тока к напряженности электрического поля.

Электропроводность — очень полезное свойство, поскольку такие вещи влияют на значения. Таким образом, информацию об электропроводности можно использовать для измерения чистоты воды, проверки правильности термической обработки металлов и проверки некоторых материалов на наличие тепловых повреждений.

Диэлектрическая прочность

Это свойство материала, которое указывает на способность материала выдерживать высокие напряжения. Обычно для изоляционного материала указывается их рабочее напряжение. Какой материал, обладающий высокой диэлектрической прочностью, может выдерживать высокие напряжения.

Температурный коэффициент сопротивления

Температурный коэффициент сопротивления материала указывает на изменение сопротивления материала при изменении температуры. Сопротивление проводника меняется с изменением температуры. Как отмечалось выше, значения электропроводности указаны при 20 градусах Цельсия. Это делается потому, что проводимость и удельное сопротивление материала зависят от температуры. Таким образом, проводимость материалов уменьшается с повышением температуры.

Термоэлектричество

Если звено, образованное соединением двух металлов, нагревается, возникает небольшое напряжение милливольт. Этот эффект называется термоэлектричеством или термоэлектрическим эффектом. Этот эффект лежит в основе работы термопар и некоторых преобразователей температуры. Это можно использовать для выработки электроэнергии, для измерения температуры и изменения температуры объектов.

Магнитные свойства материала

Происхождение магнетизма заключается в орбитальном и спиновом движении электронов и в том, как электроны взаимодействуют друг с другом. Магнитные свойства материала — это те, которые определяют способность материала к конкретному магнитному применению. Читать Инженерные материалы – Деформация твердых материалов

Проницаемость

Это свойство магнитного материала указывает на то, насколько легко в материале создается магнитный поток. Она определяется отношением плотности магнитного потока к силе намагничивания, создающей эту плотность магнитного потока.

Гистерезис

Магнитный гистерезис является важным материалом, благодаря которому сначала происходит намагничивание, а затем процесс размагничивания. Невоспроизводимость кривой намагничивания называется гистерезисом и связана с наличием в материале магнитных доменов. Магнитный гистерезис — это повышение температуры, при которой данный материал перестает быть ферромагнитным, или понижение температуры, при котором он становится магнитным.

Коэрцитивная сила

Эта сила определяется как намагничивающая сила, необходимая для полной нейтрализации магнетизма в электромагните после того, как значение намагничивающей силы станет равным нулю.