1. Классификация и свойства металлов и сплавов. Свойства металлов и сплавов

1.2. Основные свойства металлов и сплавов

Металлы и сплавы характеризуются комплексом физических, механических, химических и технологических свойств.

Физические свойства металлов и сплавов – блеск, плотность, температура плавления, теплопроводность, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства, расширяемость при нагревании и фазовых превращениях.

Механические свойства металлов и сплавов – твердость, упругость, прочность, хрупкость, пластичность, вязкость, износостойкость, сопротивление усталости, ползучесть.

Химические свойства металлов и сплавов определяют их способность сопротивляться воздействию окружающей среды. При контакте с окружающей средой металлы и сплавы подвергаются коррозии, растворяются окисляются и снижают свою жаропрочность.

Технологические свойства металлов и сплавов – ковкость, свариваемость, прокаливаемость, склонность к обезуглероживанию, обрабатываемость резанием, жидкотекучесть, закаливаемость. Они характеризуют способность металлов и сплавов обрабатываться различными методами. Кроме того, они позволяют определить, насколько экономически эффективно можно изготовить изделие.

Ковкость – способность металла и сплава обрабатываться путем пластического деформирования.

Свариваемость – способность металла и сплава образовывать неразъемное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла (сплава).

Прокаливаемость – способность металла и сплава закаливаться на определенную глубину.

Склонность к обезуглероживанию металла и сплава – возможность выгорания углерода в поверхностных слоях изделий из сплавов и сталей при нагреве в среде, содержащей кислород и водород.

Обрабатываемость резанием – поведение металла и сплава под воздействием режущего инструмента.

Жидкотекучесть – способность расплавленного металла и сплава заполнять литейную форму.

Закаливаемость – способность металла и сплава к повышению твердости при закалке (нагрев и быстрое охлаждение).

Физические свойства металлов и сплавов важны для самолетостроения, автомобилестроения, медицины, строительства, изготовления космических аппаратов и часто являются основными характеристиками, по которым определяют возможность использования того или иного металла или сплава.

Блеск – способность поверхности металла и сплава направленно отражать световой поток.

Плотность – масса единицы объема металла или сплава. Величину, обратную плотности, называют удельным объемом.

Температура плавления – это температура, при которой металл или сплав целиком переходит в жидкое состояние.

Теплопроводность – количество теплоты, проходящее в секунду через сечение в 1см2, когда на расстоянии в 1см изменение температуры составляет в 10С.

Теплоемкость – количество теплоты, необходимой для повышения температуры тела на 10С.

Электрическая проводимость – величина, обратная электрическому сопротивлению. Под удельным электрическим сопротивлением понимают электрическое сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения в 10-6м2 при пропускании по нему электрического тока.

К магнитным свойствам металлов и сплавов относятся: начальная магнитная проницаемость, максимальная магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, намагниченность насыщения, индукция насыщения, остаточная магнитная индукция, точка Кюри, петля гистерезиса.

При помещении стального образца в магнитное поле возникающая в нем магнитная индукция (b) является функцией напряженности магнитного поля (Нm).

Намагниченность (М) пропорциональна напряженности магнитного поля. Эти величины связаны между собой коэффициентом , который называется магнитной восприимчивостью стали или сплава.

(1)

Между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля существует аналитическая связь

(2)

где - магнитная проницаемость вакуума.

Для ферромагнетиков (сплавов, способных намагничиваться до насыщения в малых магнитных полях) , где- коэффициент магнитной проницаемости.

При намагничивании ферромагнитных материалов (стали, полученные соединением ферромагнетиков с парамагнетиками) намагниченность сначала плавно возрастает, потом резко повышается и постепенно достигает насыщения. При уменьшении напряженности магнитного поля Нm после намагничивания и реверсирования (изменение направления поля) его кривая изменения индукции образует замкнутую петлю. Эта петля называется петлей гистерезиса.

Основными параметрами начальной кривой и петли гистерезиса являются остаточная индукция br, коэрцитивная сила Нс, напряженность насыщающего поля Нн и намагниченность насыщения Мs. По начальной кривой определяется кривая магнитной проницаемости, в которой основными точками являются начальная магнитная проницаемость и максимальная магнитная проницаемость.

Наибольшее значение индукции на петле гистерезиса называется индукцией насыщения .

Ферромагнетики при нагреве до определенной температуры переходят в парамагнитное состояние (в состояние с малой магнитной восприимчивостью). Эта температура называется точкой Кюри. Точка Кюри определяется в основном химическим составом сплава или стали и не зависит от давлений, напряжений и других факторов.

Все характеристики ферромагнитных материалов можно разделить на структурно нечувствительные и структурно чувствительные. К структурно нечувствительным характеристикам относятся точка Кюри, намагниченность насыщения, зависящие от произвольной намагниченности, к структурно чувствительным – магнитная проницаемость, остаточная индукция и коэрцитивная сила.

Структурно нечувствительные характеристики ферромагнитных материалов зависят в основном от химического состава и числа фаз и практически не зависят от кристаллической структуры, размера частиц зерна металла. Следовательно, измерение точки Кюри, намагниченности насыщения и т.д. необходимо для качественного фазового анализа стали и сплава.

Измерение структурно чувствительных характеристик необходимо при изучении структурных изменений в сплавах и сталях при термической или механической обработке.

Магнитная проницаемость, коэрцитивная сила и остаточная индукция изменяются при обработке сплавов и сталей. Расширение при нагревании изделий из сталей и сплавов – изменение размеров и формы зерен, характеризуется температурными коэффициентами объемного расширения и линейного расширения. Расширение при нагревании в интервале температур фазовых превращений сталей и сплавов характеризуется коэффициентом линейного расширения отдельных фаз. Внутренние (фазовые и структурные) превращения в металлах и сплавах характеризуются изменением объема, линейных размеров и коэффициента расширения. При фазовых превращениях в металлах и сплавах происходит выделение или поглощение скрытой теплоты превращения, изменяется теплоемкость изделия. Поэтому при изменении структуры металла или сплава, нагреваемого или охлаждаемого с постоянной скоростью, могут появиться отклонения от нормальной кривизны на кривых изменения температуры по времени. По этим кривым, называемым термическими кривыми, определяют температуру (температурный интервал) превращения.

studfiles.net

Свойства металлов и сплавов | Строительные материалы и технологии

Введение

Металлы — химические элементы, характеризующиеся в твердом состоянии внутренним кристаллическим строением. Металлы имеют характерный блеск, они непрозрачны, при деформациях пластичны, характеризуются значительной теплопроводностью и электропроводностью. Металлы и сплавы, применяемые для изготовления товаров народного потребления, делят на черные и цветные. К цветным металлам относятся также благородные (драгоценные) металлы.

Все свойства металлов и сплавов можно разделить на четыре группы: физические, химические, технологические и механические.

1.Физические свойства.

К ним относятся: температура плавления, цвет, плотность, коэффициенты линейного и объемного расширения, электропроводность, теплопроводность, склонность к намагничиванию. Физические свойства сплавов обуславливаются их составом и структурой. Состав металлов и сплавов определяется химическим, спектральным и фазовыми анализами: структуру металла и сплава - рентгено-структурным и магнитострук-турным анализами, металлографией и магнитной металлографией, электрические свойства сплавов - их электросопротивлением. Теплопроводность - способность тел проводить тепло при нагреве и охлаждении. Металлы имеют сравнительно высокую теплопроводность, чем она выше, тем равномернее распределяется температура по объему металла и тем быстрее он прогревается. Электропроводность - свойство металла проводить электрический ток. Магнитные свойства - способность металла намагничиваться (ферромагниты, парамагниты, диамагниты).

2.Химические свойства

Это способность металла к взаимодействию с другими веществами: воздухом, водой, кислотами, щелочами и др. К химическим свойствам металлов и сплавов относятся их окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость. Для определения химических свойств металлы и сплавы испытывают на общую коррозию в различных средах, межкристаллитную коррозию и на коррозионное растрескивание.

3.Технологические свойства.

Способность металла подвергаться различным методам горячей и холодной обработки. К ним относятся: жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обрабатываемость режущим инструментом. Технологические свойства металлов и сплавов имеют исключительное значение при выполнении тех или иных операций в производстве и, в частности, при выборе приемов и методов изготовления деталей машин.

Литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и склонностью к ликвации. Жидкотекучесть - способность металлов и сплавов легко растекаться и заполнять полностью литейную форму. Усадкой называется сокращение объема и размеров металла отливки при затвердевании и последующем охлаждении.

Ликвацией называется неоднородность химического состава твердого сплава по сечению слитка или заготовки. Например: чугун обладает высокими литейными свойствами - хорошей жидкотекучестью, небольшей усадкой и незначительной склонностью к ликвации. Сталь имеет меньшую, чем чугун, жидкотекучесть, но большую усадку и склонность к образованию ликвации. Оловянистые бронзы обладают хорошей жидкотекучестью и малой усадкой.

Ковкость - способность металлов и сплавов подвергаться обработке давлением. Это свойство связано с их пластической деформацией, особенно при нагревании. С ковкостью связаны такие важнейшие виды обработки металлов давлением, как прокатка, прессование, ковка, штамповка и волочение. В нагретом состоянии ковкость металла обычно выше. Хорошую ковкость имеет сталь в нагретом состоянии; чугун этим свойством не обладает. Алюминиевые сплавы и латуни обладают ковкостью в холодном состоянии.

Свариваемость - способность металлов и сплавов давать прочные неразъемные соединения изготовленных из них деталей. Сварные конструкции легче, прочнее и дешевле клепанных. Хорошая свариваемость у углеродистых, у низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Высокоуглеродистые и высоколегированные стали, некоторые цветные металлы и сплавы имеют худшую свариваемость.

Обработка резанием - это свойство широко используется, т.к. получить обработкой резанием нужную форму, точные размеры и чистоту поверхности детали намного рациональнее по сравнению с другими методами. 4.Механические свойства - характеризуют отношение металла или сплава к действию на них внешних сил. Упругость - свойство металлов возвращаться к первоначальной форме после прекращения действия сил.

Пластичность - способность металла легко деформироваться под действием приложенных внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия этих сил. Вязкость - свойство металла выдерживать без разрушения ударные нагрузки (силы). Износостойкость - это сопротивление истиранию. Твердость - способность металла сопротивляться проникновению в него другого более твердого металла. Прочность - свойство металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил или это максимальная нагрузка, которую выдерживает металл в момент наступления разрушения. Хрупкость - свойство металла разрушаться без заметной пластической деформации. Выносливость - свойство металла выдерживать, не разрушаясь, большое число повторных нагрузок. Ползучесть - свойство металла медленно и непрерывно пластически деформироваться при постоянной нагрузке, особенно при высокой температуре.

Заключение.

Огромное большинство металлов находится в природе в виде соединений с другими элементами. Только немногие металлы встречаются в свободном состоянии, и тогда они называются самородными. Золото и платина встречаются почти исключительно в самородном виде, серебро и медь - отчасти в самородном виде; иногда попадаются также самородные ртуть, олово и некоторые другие металлы. Добывание золота и платины производится или посредством механического отделения их от той породы, в которой они заключены, например промывкой воды, или путем извлечения их из породы различными реагентами с последующим выделением металла из раствора. Все остальные металлы добываются химической переработкой их природных соединений. Минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металлов заводским путем, носят название руд. Главными рудами являются оксиды, сульфиды и карбонаты металлов. Важнейший способ получения металлов из руд основан на восстановлении их оксидов углем.

Список используемой литературы:

1. http://www.znaytovar.ru/s/Svojstva-metallov-i-splavov.html

2. http://www.m-renessans.ru/materiali-dlya-izgotovleniya-setok/materiali-s...

3. Материаловедение: Учебник для вузов. Солнцев Ю. П., Пряхин Е. И. ХИМИЗДАТ, 2007г.

4. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1986

material.osngrad.info

2 Свойства металлов и сплавов

Все свойства металлов и сплавов можно разделить на четыре группы: физические, химические, технологические и механические.

1. Физические свойства. К ним относятся: температура плавления, цвет, плотность, коэффициенты линейного и объемного расширения, электропроводность, теплопроводность, склонность к намагничиванию. Физические свойства сплавов обуславливаются их составом и структурой. Состав металлов и сплавов определяется химическим, спектральным и фазовыми анализами; структура металлов и сплавов - рентгено-структурным и магнитоструктурным анализами, металлографией и магнитной металлографией; электрические свойства сплавов - их электросопротивлением.

Теплопроводность - способность тел проводить тепло при нагреве и охлаждении. Металлы имеют сравнительно высокую теплопроводность, чем она выше, тем равномернее распределяется температура по объему металла и тем быстрее он прогревается.

Электропроводность - свойство металла проводить электрический ток.

Магнитные свойства - способность металла намагничиваться (ферромагниты, парамагниты, диамагниты).

2. Химические свойства - это способность металла к взаимодействию с другими веществами: воздухом, водой, кислотами, щелочами и др.

К химическим свойствам металлов и сплавов относятся их окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость.

Для определения химических свойств металлы и сплавы испытывают на общую коррозию в различных средах, межкристаллитную коррозию и на коррозионное растрескивание.

3. Технологические свойства - способность металла подвергаться различным методам горячей и холодной обработки. К ним относятся: литейные свойства, ковкость, свариваемость, обрабатываемость материалов режущим инструментом.

Технологические свойства металлов и сплавов имеют исключительное значение при выполнении тех или иных операций в производстве и, в частности, при выборе методов и способов изготовления деталей машин.

Литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и склонностью к ликвации.

Жидкотекучесть - способность металлов и сплавов заполнять полность литейной формы, точно воспроизводя ее конфигурацию.

Усадкой называется сокращение объема и размеров металла отливки при затвердевании и последующем охлаждении.

Ликвацией называется неоднородность химического состава твердого сплава по сечению слитка или заготовки.

Например: чугун обладает высокими литейными свойствами - хорошей жидкотекучестью, небольшей усадкой и незначительной склонностью к ликвации. Сталь имеет меньшую, чем чугун, жидкотекучесть, но большую усадку и склонность к образованию ликвации. Оловянистые бронзы обладают хорошей жидкотекучестью и малой усадкой.

Ковкость - способность металлов и сплавов подвергаться обработке давлением. Это свойство связано с их пластической деформацией, особенно при нагревании. С ковкостью связаны такие важнейшие виды обработки металлов давлением, как прокатка, прессование, ковка, штамповка и волочение.

В нагретом состоянии ковкость металла обычно выше. Хорошую ковкость имеет сталь в нагретом состоянии, алюминиевые сплавы и латуни в холодном состоянии.

Чугун обладает обладает плохой ковкостью как в горячем, так и холодном состояниях. Свариваемость - способность металлов и сплавов образовывать бездефектное сварное соединение, отвечающее необходимым эксплуатационным требованиям. Хорошая свариваемость у углеродистых, низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Высокоуглеродистые и высоколегированные стали, некоторые цветные металлы и сплавы имеют худшую свариваемость. Чугун обладает плохой свариваемостью.

Обрабатываемость материалов режущим инструментом – способность материала поддаваться обработке режущими инструментами. Обрабатываемость металлов резанием отражает способность металлов ограничивать производительность их обработки, вызывать затруднения в обеспечении требуемой точности и качества обработанной поверхности, требовать для обработки специальных приспособлений.

4. Механические свойства - характеризуют отношение металла или сплава к действию на них внешних сил.

Прочность - свойство металла сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних сил. Максимальная нагрузка, которую выдерживает металл в момент наступления разрушения, называется нагрузкой предела прочности, а напряжение, отвечающее этой максимальной нагрузке — пределом прочности (временным сопротивлением). Предел прочности (временное сопротивление) при растяжении обозначается σв.

Пластичность - способность металла тела деформироваться без разрушения под действием приложенных сил и сохранять новую форму тела после прекращения действия этих сил. Нагрузка, при достижении которой в металле возникает заметная пластическая деформация (сдвиги слоев металла относительно друг друга), называется нагрузкой предела текучести, а напряжение, отвечающее этой нагрузке — пределом текучести.

Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.

Предел текучести при растяжении обозначается:

- σт – для металлов, имеющих площадку текучести;

- σ0,2 – для материалов, не имеющих площадку текучести (условный предел текучести, который определяется при величине остаточной деформации 0.2%).

Упругость - свойство тела деформироваться под действием нагрузки и восстанавливать первоначальную форму и размеры после ее снятия. Высокой упругостью должны обладать, например, рессоры и пружины. Поэтому они изготовляются из специальных сплавов.

Ползучесть - свойство металла медленно и непрерывно пластически деформироваться при постоянной нагрузке, особенно при высокой температуре.

Хрупкость - свойство металла разрушаться без заметной пластической деформации.

Вязкость (ударная вязкость) - способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

Твердость - способность металла сопротивляться проникновению в него другого более твердого металла.

Измерение твердости выполняется несколькими методами.

1. Метод Бринелля.

Сущность метода заключается во вдавлива­нии стального шарика в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия нагрузки.

Твердость по Бринеллю обозначается символом НВ.

2. Метод Роквелла.

Сущность метода заключается во вдавливании алмазного конусного (шкала С) или стального сферического наконечника (шкала В) в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени, и определении глубины внедрения наконечника после снятия нагрузки.

Твердость по Роквеллу обозначается:

- символом HRB - при применении стального сферического наконечника;

- символом НRC - при применении алмазного конусного наконечника.

3. Метод Виккерса.

Сущность метода заключается во вдавливании алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды в образец (изделие) под действием силы, приложенной в течение определенного времени, и измерении диагоналей отпечатка, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки.

Твердость по Виккерсу обозначается символом HV.

Усталость - процесс постепенного накопления повреждений в металле под длительным воздействием повторных или повторно-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению. Важнейшей особенностью этого процесса является то обстоятельство, что он развивается при напряжениях,   значительно меньших (в два и более раз), чем предел прочности при статическом нагружении. Разрушение в результате усталости во многих случаях не сопровождается заметной макродеформацией образца или детали, поэтому такое разрушение чрезвычайно трудно предупредить.

Выносливость - свойство металла выдерживать, не разрушаясь, повторно-переменные нагрузки (т. е. сопротивляться усталости).

На металлургических, сталепрокатных, машиностроительных заводах в лабораториях по механическим испытаниям проводится определение таких механических характеристик, как предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и сужение, твердость и другие.

Эксплуатационные или служебные свойства.

К этим свойствам относятся износостойкость, коррозионная стойкость, жаростойкость, жаропрочность, хладостойкость, антифрикционность.

studfiles.net

1. Классификация и свойства металлов и сплавов

Металлами называют непрозрачные кристаллические вещества, обладающие прочностью, пластичностью, тепло- и электропроводностью, блеском и другими характерными свойствами, которые обусловлены наличием в их кристаллической решетке большого числа свободных электронов. В нормальных условиях они являются твердыми веществами, исключая ртуть, температура плавления которой минус 39 С.

Чистые металлы в большинстве случаев не обеспечивают необходимого комплекса свойств и поэтому применяются редко. В большинстве случаев в технике используют сплавы, количество которых превышает 10 тысяч наименований.

Металлические сплавы – материалы, состоящие из двух или более компонентов и обладающие свойствами, характерными для металлов. Сплавы создаются в результате расплавления, спекания исходных компонентов и другими методами.

Механические свойства металлов и сплавов

Прочность – это способность материала сопротивляться воздействию внешних сил, не разрушаясь. Прочность оценивается величиной предела прочности при растяжении:

, где

P – сила в ньютонах (Н), при которой образец материала разрушается;

F – площадь поперечного сечения испытуемого стандартного образца (м2). Значение предела прочности определяется в Па или МПа.

Твердость – это способность материала сопротивляться царапанию или вдавливанию в него какого-либо тела. Существуют обоснованные методы определения твердости для металлов: метод Бринелля (вдавливанием стального шарика) и метод Роквелла (вдавливанием конусообразной алмазной пирамиды). Число твердости определяют по специальным таблицам и обозначают соответственно HB и HRC. Твердость по Бринеллю определяется как частное от деления нагрузки (Р) при вдавливании на площадь сферического отпечатка (f), диаметр которого измеряется после снятия нагрузки:

Чем меньше диаметр отпечатка, тем тверже металл.

Упругость – это способность материала изменять свою форму под действием внешних сил и восстанавливать ее после прекращения действия этих сил. Отношение нагрузки, при которой у образца появляются остаточные удлинения, к площади его поперечного сечения называется пределом упругости. Предел упругости измеряется в МПа. Сталь имеет предел упругости около 30 МПа, а свинец, почти не обладающий упругостью, всего 0,25 МПа.

Ударная вязкость – это способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам. Определяется как отношение затраченной на излом образца работы W (МДж) к площади его поперечного сечения F (м2) в месте надреза. Для испытания изготавливают специальные стандартные образцы, имеющие форму квадратных брусочков с разрезом. Испытывают образец на маятниковых копрах. Свободно падающий маятник копра ударяет по образцу со стороны, противоположной надрезу. При этом фиксируется работа, затрачиваемая на излом.

Пластичность – это способность материала, не разрушаясь, изменять под действием внешних сил свою форму и сохранять измененную форму после прекращения действия сил. Свинец, например, является одним из наиболее пластичных металлов. Мерой пластичности может служить относительное удлинение. Эта величина измеряется в процентах от первоначальной длины образца при испытании на растяжение.

Хрупкость – это способность материала под действием внешних сил не изменять или почти не изменять своей формы, но быстро разрушаться.

Химические свойства металлов определяются способностью их атомов легко отдавать валентные электроны и переходить в состояние положительно заряженных ионов. Указанное свойство определяет особенности химического взаимодействия металлов и сплавов с агрессивными средами. Химические свойства металлов и сплавов определяются их химическим составом. Так, например, определенный процент содержания хрома в стали делает ее нержавеющей.

К технологическим свойствам металлов и сплавов относится их способность к формоизменению (ковкость, свариваемость и т. д.). Важное значение имеет жидкотекучесть — свойство расплавленного металла заполнять и точно воспроизводить литейную форму.

Функциональные или эксплуатационные свойства включают в себя хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность и другие характеристики материалов, определяемые услови­ями их работы.

Металлы периодической системы химических элементов делят на черные (железо и сплавы на его основе) и цветные, или точнее, нежелезные (все остальные металлы)

Черные металлы имеют: темно-серый цвет; большую плотность (кроме щелочно-земельных металлов;) высокую температуру плавления; относительно высокую твердость; обладают полиморфизмом (способностью существовать в различном кристаллическом состоянии).

К черным металлам относят железо и сплавы на его основе – чугуны и стали. На их долю приходится 95 % производимой в мире металлопродукции, а на цветные – только 5 %.

Цветные металлы имеют: характерную окраску (красную, желтую, белую; обладают пластичностью; малой плотностью; относительно низкой температурой плавления; характерно отсутствие полиморфизма.

Наиболее типичным металлом этой группы является медь.

studfiles.net

Свойства металлов и сплавов. Работы по металлу

В этой главе будет рассказано о металлах, сплавах и их свойствах, что полезно не только для мастеров слесарного дела, но для всех, кто занимается чеканкой, ковкой, художественным литьем (этому посвящены последующие главы).

Металл относится к таким материалам, которые нельзя встретить в природе в готовом виде. Поэтому, чтобы получить его из богатых природных кладовых, нужно иметь большие знания и опыт в столь нелегком деле. Металлы бывают разные. В таблице Менделеева металлические элементы насчитываются десятками; конструкторы, техники могут назвать сотни необходимых им марок сталей, сплавов и т. п.; ученые соединяют широко распространенные и редчайшие металлы в тысячи сочетаний.

Между тем еще не так уж давно, лет триста назад, по научной классификации насчитывалось всего семь основных металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, ртуть и железо. Именно развитие ремесел было причиной появления новых сплавов, проведения исследований и опытов: умельцам нужны были материалы с определенными свойствами. Кому – твердая и прочная сталь для оружия, кому – мягкие и не теряющие блеска металлы для украшений, которые были бы дешевле золота.

Даже древних фальшивомонетчиков можно считать металлургами. Полученные ими в корыстных целях сплавы меди до сих пор широко используются не только в ювелирном деле, но и в самой современной технике.

Сейчас все металлы принято делить на черные и цветные. Черные – это различные металлические соединения и сплавы железа. Наиболее распространены из них чугун и сталь. Именно черные металлы составляют 95 % всей продукции мировой металлургии. Впрочем, по прогнозам некоторых ученых, эта цифра может существенно уменьшиться: развитие техники может сделать XXI век не «железным», а скорее «алюминиево-титаново-пластиковым». Все большее распространение получают легкие и прочные сплавы, композитные и синтетические материалы. Однако народным умельцам скорее всего и через сто лет придется иметь дело с «железками». Сталь, в зависимости от марок и добавок, может иметь самые различные свойства, достаточно хорошо обрабатывается и не слишком дорого стоит.

Цветные металлы – это все металлы, кроме железа, и их сплавы. Данная группа очень многочисленная, классифицируют ее по различным признакам (залегание в земной коре, химические и физические свойства и т. д.). Но нас интересуют лишь немногие металлы. С благородными, или драгоценными, металлами (золото, серебро, платина и т. д.) в нашей стране имеют дело в основном специалисты-ювелиры. Тугоплавкие металлы (титан, вольфрам, молибден и т. д.) в домашних условиях обработать невозможно. Поэтому наибольший интерес представляют достаточно распространенные: алюминий, медь, свинец и различные сплавы на их основе. Рассмотрим подробнее металлы, с которыми имеют дело те, кто занимается слесарным делом, ковкой, чеканкой, художественным литьем и т. п.

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

Физические и химические свойства металлов

Различают технологические, физические, механические и химические свойства металлов. К физическим относят удельный вес, цвет, электропроводность. К характеристикам этой группы относятся также теплопроводность, плавкость и плотность металла.

К механическим характеристикам относят пластичность, упругость, твердость, прочность, вязкость.

Химические свойства металлов включают в себя коррозийную стойкость, растворимость и окисляемость.

Такие характеристики, как «жидкотекучесть», прокаливаемость, свариваемость, ковкость, являются технологическими.

Физические свойства

1. Цвет. Металлы не пропускают свет сквозь себя, то есть непрозрачны. В отраженном свете каждый элемент обладает своим собственным оттенком – цветом. Среди технических металлов окраску имеет только медь и сплавы с ней. Для остальных элементов характерным является оттенок от серебристо-белого до серо-стального.
2. Плавкость. Эта характеристика указывает на способность элемента под воздействием температуры переходить в жидкое состояние из твердого. Плавкость считается важнейшим свойством металлов. В процессе нагревания все металлы из твердого состояния переходят в жидкое. При охлаждении же расплавленного вещества происходит обратный переход – из жидкого в твердое состояние.
3. Электропроводность. Данная характеристика свидетельствует о способности переноса свободными электронами электричества. Электропроводность металлических тел в тысячи раз больше, чем неметаллических. При увеличении температуры показатель проводимости электричества снижается, а при уменьшении температуры, соответственно, повышается. Необходимо отметить, что электропроводность сплавов будет всегда ниже, нежели какого-либо металла, составляющего сплав.
4. Магнитные свойства. К явно магнитным (ферромагнитным) элементам относят только кобальт, никель, железо, а также ряд их сплавов. Однако в процессе нагревания до определенной температуры указанные вещества теряют магнитность. Отдельные сплавы железа при комнатной температуре не относятся к ферромагнитным.
5. Теплопроводность. Эта характеристика указывает на способность перехода тепла к менее нагретому от более нагретого тела без видимого перемещения составляющих его частиц. Высокий уровень теплопроводности позволяет равномерно и быстро нагревать и охлаждать металлы. Среди технических элементов наибольшим показателем обладает медь.

Металлы в химии занимают отдельное место. Наличие соответствующих характеристик позволяет применять то или иное вещество в определенной области.

Химические свойства металлов

1. Коррозийная стойкость. Коррозией называют разрушение вещества в результате электрохимического или химического взаимоотношения с окружающей средой. Самым распространенным примером считается ржавление железа. Коррозийная стойкость относится к важнейшим природным характеристикам ряда металлов. В связи с этим такие вещества, как серебро, золото, платина получили название благородных. Обладает высокой коррозийной сопротивляемостью никель и прочие цветные металлы. Черные металлы подвержены разрушению быстрее и сильнее, нежели цветные.
2. Окисляемость. Эта характеристика указывает на способность элемента вступать в реакцию с О2 под влиянием окислителей.
3. Растворимость. Металлы, обладающие в жидком состоянии неограниченной растворимостью, при затвердении могут формировать твердые растворы. В этих растворах атомы от одного компонента встраиваются в кристаллическую решетку другого составляющего только в определенных пределах.

Необходимо отметить, что физические и химические свойства металлов являются одними из основных характеристик этих элементов.

fb.ru

Свойства металлов и сплавов, их измерители

Различают физические, химические, механические и технологические свойства металлов и сплавов.

Физические свойства металлов определяются их физическим состоянием или отношением к различным физическим процессам (действию высоких и низких температур, электрического тока и др.). К ним относятся плотность, температура плавления, кристаллизации, теплопроводность, температурное расширение, электрическое сопротивление, электрическая проводимость и др.

Плотность — это масса единицы  объема  металла в абсолютно плотном состоянии (кг/м3). Абсолютная плотность называется также удельным весом (массой).

Температура плавления — это температура, при которой металл из твердого состояния переходит в жидкое (расплавленное). Температура, при которой металл при охлаждении переходит из расплавленного состояния в твердое, называется температурой кристаллизации,

Способность материала передавать тепло через толщу от одной своей поверхности к другой называется теплопроводностью. Она определяется коэффициентом теплопроводности, показывающим количество тепла, проходящее через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м2 в течение часа при разнице температур на противоположных сторонах образца 1°C.

Температурное расширение — это способность материала расширяться вследствие нагревания. Она характеризуется коэффициентом линейного расширения, показывающим, на какую долю первоначальной длины расширился материал при повышении температуры на 1°C.

Электрическое сопротивление определяется способностью материала сопротивляться прохождению электрического тока. Оно измеряется в омах (Ом).

Электрическая проводимость — способность материала проводить электрический ток. Единица — сименс (См).

Химические свойства металлов определяются их сопротивляемостью воздействию окружающей среды, кислот, щелочей и других химических реагентов. Для оценки степени разрушения металлов в различных средах служит показатель, который называется коррозионной стойкостью. Он определяется скоростью коррозии, т. е. массой материала, превращенной в ржавчину с единицы поверхности за единицу времени, либо толщиной разрушенного слоя (мм/год). Характеристиками коррозионной стойкости могут быть также изменение массы изделия, его механических свойств, электросопротивления и количество выделившегося водорода за определенный период времени.

Механические свойства металлов определяют их способность сопротивляться действию внешних механических сил. К ним относятся прочность, пластичность, твердость, хрупкость, выносливость, усталость, упругость, истираемость, сопротивление износу и ползучесть.

Прочность — это свойство материала сопротивляться разрушению под действием приложенных механических сил.

Пластичность —свойство металла необратимо деформироваться без нарушения сплошности под действием механических нагрузок, поглощая при этом механическую энергию.

Твердость — это свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, не получающего остаточной деформации тела.

Хрупкость определяется способностью материала разрушаться без заметного поглощения механической энергии.

Свойство материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно переменных напряжений называется выносливостью. Постепенное разрушение материала при большом числе повторно-переменных напряжений называется усталостью.

Упругость — свойство материала восстанавливать свою форму и объем после снятия нагрузки. Она обусловлена взаимодействием между атомами и их тепловым движением.

Истираемость — свойство материала сопротивляться действию внешних механических сил (сил трения), вызывающих постепенное разрушение его поверхности.

Сопротивление износу — свойство материала сопротивляться одновременному действию истирания и ударов.

Ползучесть — свойство материала медленно и непрерывно деформироваться при постоянном напряжении и повышенной температуре.

Для определения механических свойств металлов проводят статические испытания на растяжение, сжатие, изгиб и кручение, динамические испытания на ударную вязкость, а также испытания на усталость, ползучесть, длительную прочность и твердость.

Основными характеристиками механических свойств, определяемыми статическими испытаниями на растяжение, сжатие, изгиб и кручение, являются пределы текучести, пропорциональности, упругости, истинное и временное сопротивление разрыву, измеряемые в паскалях (Па), а также относительное и остаточное удлинение и относительное сужение.

Динамические испытания позволяют определить важнейшую механическую характеристику металлов, подвергающихся воздействию ударных нагрузок, — ударную вязкость (Дж/м2).

Испытания на усталость проводят для металлов, эксплуатируемых в условиях длительных повторно-переменных нагрузок, результатом которых является возникновение на поверхности и разрастание трещин, приводящих в конечном счете к разрушению. Испытания на усталость позволяют определить предел выносливости (Па).

Испытания на ползучесть и длительную прочность необходимы для металлов, эксплуатируемых в условиях высоких температур и длительных нагрузок. При этом основными характеристиками являются условный предел ползучести и длительная прочность.

Наиболее распространенными методами определения механических свойств металлов являются испытания на твердость. Они основаны на статическом вдавливании стального закаленного шарика (метод Бринелля), алмазного конуса или стального закаленного шарика (метод Роквелла) или алмазной пирамиды (метод Виккерса) на специальных приборах, называемых твердомерами. Соответственно определяется число твердости по Бринеллю (HB), Роквеллу (HR) и Виккерсу (HV),

Для определения твердости отдельных зерен металла или разных частей одного зерна производят испытание на микротвердость. Измерения производят на специальных приборах вдавливанием алмазной пирамиды и исследованием получаемого отпечатка при помощи металлографического микроскопа.

Известны также динамические методы измерения твердости.

К ним относятся метод упругого отскока бойка (по Шору), а также измерение твердости способом ударного отпечатка. Максимальная твердость материалов, по Шору, равняется 100 единицам.

Технологические свойства металлов определяют их способность подвергаться различным методам обработки. К ним относятся обрабатываемость резаньем и давлением, свариваемость, упрочняемость, а также литейные и другие свойства.

Обрабатываемость резаньем оценивается скоростью затупления резца при точении на заданных режимах с обеспечением необходимых параметров получаемой

поверхности. Она измеряется в процентах к скорости обработки стали или свинцовистой латуни.

Обрабатываемость давлением в горячем и холодном состоянии оценивают технологическими пробами на усадку, изгиб, вытяжку сферической лунки и др., а также показателями пластичности, твердости и упрочняемости.

Свариваемость — это свойство металлов образовывать неразъемные соединения с требуемыми механическими свойствами.

Литейные свойства определяются совокупностью таких показателей, как температура плавления и кристаллизации, плотность, жидкотекучесть, усадка, и Др.

Упрочняемость — это способность металлов приобретать более высокие механические показатели после механической и термической обработок.

Строение металлов и сплавов, их кристаллизация

perwerts.ru

• 
  Ингибиторы коррозии что такое
• 
  Термообработка металла
• 
  Топливная система дизельного двигателя
• 
  Вольво фм
• 
  Схема охлаждения двигателя
• 
  Причины производственного травматизма
• 
  Средства малой механизации это
• 
  Отказ это
• 
  Ленточные конвейеры
• 
  Маз 5551 технические характеристики
• 
  Конвейеры ленточные