Механические химические физические технологические свойства металлов: ЛЕКЦИЯ 4 СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Содержание

Физические свойства металлов | Материаловедение

Металлы и сплавы являются основными материалами современного машиностроения. Чтобы правильно выбрать материал для изготовления различных деталей машин и инструментов, необходимо знать свойства металлов. Так, например, для изготовления режущих инструментов требуются прочные, твердые и износоустойчивые металлические материалы.
Все свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.
Физические свойства металлов и сплавов определяются цвeтом, удельным весом, плотностью, температурой плавления, тепловым расширением, тепло-и электропроводностью, а также магнитными свойствами.
К химическим свойствам металлов следует отнести их способность. сопротивляться химическому или электрохимическому воздействию различных сред (коррозии) при нормальных и высоких температурах.
Механическими свойствами металлов называется совокупность свойств, характеризующих способность металлических материалов сопротивляться воздействию внешних усилий (нагрузок).
К механическим свойствам металлических материалов относятся: прочность, твердость, пластичность, упругость, вязкость, хрупкость, усталость, ползучесть и износостойкость.
Механические свойства являются основной характеристикой металлов и сплавов, поэтому на заводах созданы специальные лаборатории, где производятся различные испытания с целью определения этих свойств.
Механические испытания можно разделить на:
  • статические, при которых нагрузка, действующая на металлический образец или деталь, остается постоянной или возрастает крайне медленно;
  • динамические (ударные), при которых нагрузка возрастает быстро и действует в течение незначительного времени;
  • испытание при повторных или знакопеременных нагрузка, изменяющихся многократно по величине или по величине и направлению.

Технологические свойства металлов и сплавов характеризуют их способность поддаваться различным методам горячей и холодной обработки. К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свойства, ковкость, свариваемость, Обрабатываемость режущuми инструментами, прокаливаемость.

Механические и физические свойства металлов и сплавов

Металлические изделия и детали используются в разных сферах промышленности. Существует множество видов металлов и каждый из них обладает сильными и слабыми сторонами. При изготовлении деталей для машин, самолётов или промышленного оборудования мастера обращают внимание на характеристики материала. Поэтому требуется знать свойства металлов и сплавов.


Свойства металлов и сплавов

Классификация металлов

Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.

Черные

Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:

  1. Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
  2. Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
  3. Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.

Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.

Цветные

Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:

  1. Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
  2. Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
  3. Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.

Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.

Классификация веществ. Металлы | Химия 11 класс #20 | Инфоурок

Свойства металлов (стр. 1 из 2)

Свойства металлов.

1.Основные свойства металлов.

Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.

К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширяемость при нагревании.

К химическим – окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

К механическим – прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

К технологическим – прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариемость, обрабатываемость резанием.

1. Физические и химические свойства.

Цвет. Металлы непрозрачны, т.е. не пропускают сквозь себя свет, и в этом отраженном свете каждый металл имеет свой особенный оттенок – цвет.

Из технических металлов окрашенными являются только медь (красная) и ее сплавы. Цвет остальных металлов колеблется от серо- стального до серебристо – белого. Тончайшие пленки окислов на поверхности металлических изделий придают им дополнительные окраски.

Удельный вес. Вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах, называется удельным весом.

По величине удельного веса различают легкие металлы и тяжелые металлы. Из технических металлов легчайшим является магний ( удельный вес 1,74), наиболее тяжёлым – вольфрам (удельный вес 19,3). Удельный вес металлов в некоторой степени зависит от способа их производства и обработки.

Плавкость. Способность при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое является важнейшим свойством металлов. При нагревании все металлы переходят из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении расплавленного металла – из жидкого состояния в твердого. Температура плавления технических сплавов имеет не одну определённую температуру плавления, а интервал температур, иногда весьма значительный.

Электропроводность. Электропроводность заключается в переносе электричества свободными электронами. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. При повышении температуры электропроводность металлов падет, и при понижении – возрастает. При приближении к абсолютному нулю (- 2730С) электропроводность беспредельно металлов колеблется от +2320 (олово) до 33700 (вольфрам). Большинство увеличивается (сопротивление, падает почти до нуля).

Электропроводность сплавов всегда ниже электропроводности одного из компонентов, составляющих сплавов.

Магнитные свойства. Явно магнитными (ферромагнитьными) являются только три металла: железо, никель, и кобальт, а также некоторые их сплавы. При нагревании до определённых температур эти металлы также теряют магнитные свойства. Некоторые сплавы железа и при комнатной температуре не являются ферромагнитными. Все прочие металлы разделяются на парамагнитные (притягивают магнитами) и диамагнитные (отталкиваются магнитами).

Теплопроводность. Теплопроводность называется переход тепла в теле от более нагретого места к менее нагретому без видимого перемещения частиц этого тела. Высокая теплопроводность металлов позволяет быстро и равномерно нагревать их и охлаждать.

Из технических металлов наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплопроводность железа значительно ниже, а теплопроводность стали меняется в зависимости от содержания в ней компонентов. При повышении температуры теплопроводность уменьшается, при понижении – увеличивается.

Теплоёмкость. Теплоёмкость называется количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 10.

Удельной теплоемкостью вещества называется то количество тепла в килограмм – калориях, которое нужно сообщить 1кг вещества, чтобы повысить его температуру на 10.

Удельная теплоёмкость металлов в сравнении с другими веществами невелика, что позволяет относительно легко нагревать их до высоких температур.

Расширяемость при нагревании. Отношение приращения длины тела при его нагревании на 10 к первоначальной его длине называется коэффициентом линейного расширения. Для различных металлов коэффициентом линейного расширения колеблется в широких пределах. Так, например, вольфрам имеет коэффициент линейного расширения 4,0·10-6 , а свинец 29,5 ·10-6.

Коррозионная стойкость. Коррозия есть разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия его с внешней средой. Примером коррозии является ржавление железа.

Высокая сопротивляемость коррозии (коррозионная стойкость) является важным природным свойством некоторых металлов: платины, золота и серебра, которые именно поэтому и получили название благородных. Хорошо сопротивляются коррозии также никель и другие цветные металлы. Черные металлы коррозируют сильнее и быстрее, чем цветные.

2. Механические свойства.

Прочность.

Прочностью металла называют его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Твердость.

Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.

Упругость.

Упругостью металла называется его свойство востонавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы(деформацию.)

Вязкость.

Вязкость называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости.

Пластичность.

Пластичностию называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство, обратное упругости.

В табл. 1 приведены свойства технических металлов.

Таблица 1.

Свойства технических металлов.

Название металлаУдельный вес(плотность) г\см3Температура плавления 0СТвердость по БринеллюПредел прочности(временное сопротивление) кг\мм2Относительное удлинение %Относительное сужение поперечного сечения %
АлюминийВольфрамЖелезоКобальтМагнийМарганецМедьНикельОловоСвинецХромЦинк 2,719,37,878,91,747,448,848,97,311,347,147,14 6583370153014906511242108314522323271550419 20-3716050125252035605-104-610830-42 8-1111025-337017-20Хрупкий2240-502-41,8Хрупкий11,3-15 4021-55315Хрупкий60404050Хрупкий5-20 8568-5520Хрупкий757074100Хрупкий

3. Значение свойств металлов.

Механические свойства.

Первое требование, предъявляемое ко всякому изделию, — это достаточная прочность.

Металлы обладают более высокой прочностью по сравнению с другими материалами, поэтому нагруженные детали машин, механизмов и сооружений обычно изготовляются из металлов.

Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать ещё особыми свойствами, характерными для работы данного изделия. Так, например, режущие инструменты должны обладать высокой твердостью. Для изготовления режущих других инструментов применяются инструментальные стали и сплавы.

Для изготовления рессор и пружин применяются специальные стали и сплавы, обладающие высокой упругостью

Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергается ударной нагрузке.

Пластичность металлов дает возможность производить их обработку давлением (ковать, прокатывать).

Физические свойства.

В авиа-, авто- и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и особенно магния являются здесь незаменимыми. Удельная прочность( отношение предела прочности к удельному весу) для некоторых, например алюминиевых, сплавов выше, чем для мягкой стали.

Плавкость

используется для получения отливок путём заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы(например, свинец) используются в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют столь низкую температуру плавления, что расплавляется в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки типографических матриц, в приборах, служащих для предохранения от пожаров.

Металлы с высокой электропроводностью

(медь, алюминий) используются в электромашиностроении, для устройства линий электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением – для ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Магнитные свойства

металлов играют первостепенную роль в электромашиностроении (динамомашины, мотора, трансформаторы),для приборов связи ( телефонные и телеграфные аппараты) и используются во многих других видах машин и приборов.

Теплопроводность

металлов дает возможность производить их физические свойства. Теплопроводность используется также при производстве пайки и сварки металлов.

Некоторые сплавы металлов имеют коэффициент линейного расширения

, близкий к нулю; такие сплавы применяются для изготовления точных приборов, радиоламп. Расширение металлов должно применяться во внимание при постройке длинных сооружений, например, мостов. Нужно также учитывать,что две детали, изготовленные из металлов с различным коэффициентом расширения и скрепленные между собой, при нагревании могут дать изгиб и даже разрушение.

Химические свойства.

Коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в сильно окислительных средах (колосниковые решётки, детали химических машин и приборов). Для достижения высокой коррозионной стойкости производят специальные нержавеющие, кислостойкие и жаропрочные стали, а также применяются защитные покрытия.

Основные виды сплавов

Человечество знакомо с различными металлическими сплавами. Самыми многочисленными из них являются соединения на основе железа. К ним относятся ферриты, стали и чугун. Ферриты имеют магнитные свойства, в чугуне содержится более 2,4% углерода, а сталь — это материал с высокой прочность и твердостью.

Отдельное внимания требуют металлические сплавы из цветных металлов.


Производство стали

Цинковые сплавы

Соединения металлов, которые плавятся при низких температурах. Смеси на основе цинка устойчивы к воздействию коррозийных процессов. Легко обрабатываются.

Алюминиевые сплавы

Популярность алюминий и сплавы на его основе получили во второй половине 20 века. Этот материал обладает такими преимуществами:

  1. Устойчивость к низким температурам.
  2. Электропроводность.
  3. Малый вес заготовок в сравнении с другими металлами.
  4. Износоустойчивость.

Однако нельзя забывать про то, что алюминий плавится при низких температурах. При температуре около 200 градусов характеристики ухудшаются.

Алюминий применяется при изготовлении комплектующих к машинам, производстве деталей для самолётов, составляющих промышленного оборудования, посуды, инструментов. Не многие знают, что алюминий популярен в сфере производства оружия. Связано это с тем, что детали из алюминия не искрят при сильном трении.

Чтобы увеличить прочность детали, алюминий смешивают с медью. Чтобы заготовка выдерживала давление — с марганцем. Кремний добавляют, чтобы получить обычную отливку.

Алюминий. Сплавы алюминия. Алюминиевые рамы для велосипеда.

Медные сплавы

Сплавы на основе меди — марки латуни. Из этого материала изготавливаются детали высокой точности, так как латунь легко обрабатывать. В составе сплава может содержаться до 45% цинка.

Свойства сплавов

Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.


Двигатель внутреннего сгорания

Физические свойства

Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:

  1. Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
  2. Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
  3. Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
  4. Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
  5. Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
  6. Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.

Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.

Химические свойства

Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:

  1. Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
  2. Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
  3. Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.

Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.

Механические свойства

Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:

  • прочность;
  • твердость;
  • пластичность;
  • вязкость;
  • хрупкость;
  • устойчивость к механическим нагрузкам.

Технологические и химические свойства твердых металлов

К технологическим свойствам относятся свариваемость, жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием, пр. От этих особенностей зависит возможность осуществления каких-либо операций, так как они влияют на пригодность металла к обработке определенными способами.

Свариваемость позволяет добиваться надежных сварных соединений без трещин и иных дефектов, в том числе на прилегающих к шву участках. В некоторых случаях металл может подходить для сварки одним методом, но давать некачественный результат при смене технологии. Так, элементы из дюралюминия удовлетворительно скрепляются при помощи точечной сварки, чего не скажешь о соединении методом газовой сварки. На чугуне получаются хорошие швы за счет газовой сварки с подогревом и слабые при дуговой.

Жидкотекучесть – это свойство, которое дает возможность заливать горячие металлы и их сплавы в литерную форму.

Ковкость, то есть свойство твердых металлов и сплавов изменять форму под действием давления.

Обрабатываемость резанием позволяет относительно легко работать с металлом острым режущим инструментом: резцом, фрезой, пр. Данное свойство очень важно на таких этапах механической обработки, как резание, фрезерование, пр.

Под химическими свойствами понимают способность металлов вступать в реакцию с другими веществами, в том числе, с кислородом. Если металл быстро реагирует с вредными для него элементами, это приводит к быстрой потере им свойств. Разрушение металлов под действием окружающей среды – это коррозия. Отрицательно сказываться на состоянии материала могут воздух, влага, растворы солей, кислот, щелочей. Для защиты изделий от всех перечисленных факторов используют специальные нержавеющие, кислотостойкие и другие виды сталей.

Механические, физические, химические и технологические свойства металлов

Механические свойства характеризуют способность материа­лов сопротивляться действию внешних сил. К основным механичес­ким свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Прочность — это способность материала сопротивляться раз­рушающему воздействию внешних сил.

Твердость — это способность материала сопротивляться вне­дрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться раз­рушению под действием динамических нагрузок.

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои раз­меры и форму после прекращения действия нагрузки.

Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под дей­ствием внешних сил без остаточных деформаций.

При статических испытаниях на растяжение определяют вели­чины, характеризующие прочность, пластичность и упругость мате­риала. Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l0 и диа­метром d0. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 1, а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Напряжение σ — это отношение силы Р к площади поперечного сечения F0, МПа:

σ = P/F0,

Деформация характеризует изменение размеров образца под дей­ствием нагрузки, %:

ε = [(l1l0

)/l0] · 100,

где l1 — длина растянутого образца.

Деформация может быть упру­гой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остаю­щейся после снятия нагрузки).

При испытаниях стоится диаграмма растяжения, представляющая собой зависимость напряжения от деформации. На рис. 1 приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения ис­пытаний определяются следующие характеристики механических свойств.

Предел упругости σу — это максимальное напряжение при кото­ром в образце не возникают пластические деформации.

Предел текучести σт — это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести σ0,2 — напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %. Предел прочности (или временное сопротивление) σ

в — это на­пряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдержи­вает образец при испытании.

Относительное удлинение после разрыва δ — отношение при­ращения длины образца при растяжении к начальной длине l0, %:


δ = [(lkl0)/l0]·100,

где lк — длина образца после разрыва.

Рис. 1. Статические испытания на растяжение: а – схема испытания;

б – диаграмма растяжения

Относительным сужением после разрыва ψ называется умень­шение площади поперечного сечения образца, отнесенное к началь­ному сечению образца, %:

ψ = [(F0Fk)/F0]·100,

где Fк — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуе­мый образец твердого наконечника различной формы.

Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального закаленного шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается отпечаток. Число твердо­сти по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действую­щей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.

Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С). Вдавли­вание производится под действием двух нагрузок — предваритель­ной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000. 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.

В методе Виккерса

применяют вдавливание алмазной четырех­гранной пирамиды с углом при вершине 136°. Число твердости по Виккерсу HV определяется отношением приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка.


Ударная вязкость определяется работой A, затраченной на разрушение образца, отнесенной к площади его поперечною сече­ния F; Дж/м2:

KC=A/F

Испытания проводятся ударом специального маятникового коп­ра. Для испытания применяется стандартный надрезанный образец, устанавливаемый на опорах копра. Маятник определенной массы наносит удар по стороне противоположной надрезу.

К физическим свойствам материалов относится плотность, тем­пература плавления, электропроводность, теплопроводность, магнит­ные свойства, коэффициент температурного расширения и др.

Плотностью называется отношение массы однородного матери­ала к единице его объема.

Это свойство важно при использовании материалов в авиационной и ракетной технике, где создаваемые кон­струкции должны быть легкими и прочными.

Температура плавления — это такая температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чем ниже температура плавления металла, тем легче протекают процессы его плав­ления, сварки и тем они дешевле.

Электропроводностью называется способность материала хоро­шо и без потерь на выделение тепла проводить электрический ток. Хорошей электропроводностью обладают металлы и их сплавы, осо­бенно медь и алюминий. Большинство неметаллических материалов не способны проводить электрический ток, что также является важ­ным свойством, используемом в электроизоляционных материалах.

Теплопроводность — это способность материала переносить теплоту от более нагретых частей тел к менее нагретым. Хорошей теплопроводностью характеризуются металлические материалы.

Магнитными свойствами т.е. способностью хорошо намагничи­ваться обладают только железо, никель, кобальт и их сплавы.

Коэффициенты линейного и объемного расширения характеризу­ют способность материала расширяться при нагревании. Это свой­ство важно учитывать при строительстве мостов, прокладке желез­нодорожных и трамвайных путей и т.д.

Химические свойства характеризуют склонность материалов к взаимодействию с различными веществами и связаны со способнос­тью материалов противостоять вредному действию этих веществ. Способность металлов и сплавов сопротивляться действию различ­ных агрессивных сред называется коррозионной стойкостью, а аналогичная способность неметаллических материалов — химической стойкостью.

К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаро­стойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др.

Жаростойкость характеризует способность металлического ма­териала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаропрочность характеризует способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре.

Износостойкость — это способность материала сопротивлять­ся разрушению его поверхностных слоев при трении.

Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ядерного облучения.

Технологические свойства определяют способность материалов подвергаться различным видом обработки. Литейные свойства харак­теризуются способностью металлов и сплавов в расплавленном состоя­нии хорошо заполнять полость литейной формы и точно воспроизво­дить ее очертания (жидкотекучестъю), величиной уменьшения объема при затвердевании (усадкой), склонностью к образованию трещин и пор, склонностью к поглощению газов в расплавленном состоянии. Ковкость — это способность металлов и сплавов подвергаться различ­ным видам обработки давлением без разрушения. Свариваемость опре­деляется способностью материалов образовывать прочные сварные сое­динения. Обрабатываемость резанием определяется способностью материалов поддаваться обработке режущим инструментом.

Теория сплавов

Металлическим сплавом называется материал, полученный сплавлением двух или более металлов или металлов с неметаллами, обла­дающий металлическими свойствами. Вещества, которые образуют сплав называются компонентами.

Фазой называют однородную часть сплава, характеризующуюся определенными составом и строением и отделенную от других частей сплава поверхностью раздела. Под структурой понимают форму размер и характер взаимного распо­ложения фаз в металлах и сплавах. Структурными составляющими называют обособленные части сплава, имеющие одинаковое строе­ние с присущими им характерными особенностями.

Виды сплавов по структуре. По характеру взаимодействия ком­понентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механи­ческие смеси, химические соединения и твердые растворы.

Механическая смесь двух компонентов А и В образуется, если они не способны к взаимодействию или взаимному растворению. Каждый компонент при этом кристаллизуется в свою кристалличес­кую решетку. Структура механических смесей неоднородная, состо­ящая из отдельных зерен компонента А и компонента В. Свойства механических смесей зависят от количественного соотношения ком­понентов: чем больше в сплаве данного компонента, тем ближе к его свойствам свойства смеси.

Химическое соединение образуется когда компоненты сплава А и В вступают в химическое взаимодействие. При этом при этом соотношение чисел атомов в соединении соответствует его химичес­кой формуле АmВn . Химическое соединение имеет свою кристалли­ческую решетку, которая отличается от кристаллических решеток компонентов. Химические соединения имеют однородную структу­ру, состоящую из одинаковых по составу и свойствам зерен.

При образовании твердого раствора атомы одного компонента входят в кристаллическую решетку другого. Твердые растворы заме­щения образуются в результате частичного замещения атомов крис­таллической решетки одного компонента атомами второго (рис. 6, б).

Твердые растворы внедрения образуются когда атомы растворенного компонента внедряются в кристаллическую решетку компонента -растворителя (рис. 6, в). Твердый раствор имеет однородную струк­туру, одну кристаллическую решетку. В отличие от химического соединения твердый раствор существует не при строго определен­ном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Обо­значают твердые растворы строчными буквами греческого алфавита: α, β, γ, δ и т. д.

Диаграмма состояния

Диаграмма состояния показывает строе­ние сплава в зависимости от соотношения компонентов и от темпера­туры. Она строится экспериментально по кривым охлаждения спла­вов (рис. 8). В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не при постоянной температуре, а в интервале температур. Поэтому на кривых охлаждения сплавов имеется две критические точки. В верхней критической точке, называемой точкой ликвидус (tл), начина­ется кристаллизация. В нижней критической точке, которая называ­ется точкой солидус (tc), кристаллизация завершается. Кривая охлаж­дения механической смеси (рис. 8, а) отличается от кривой охлаждения твердого раствора (рис. 8, б) наличием горизонтального участка. На этом участке происходит кристаллизация эвтектики.

Эвтектикой на­зывают механическую смесь двух фаз, одновременно кристаллизовав­шихся из жидкого сплава. Эвтектика имеет определенный химичес­кий состав и образуется при постоянной температуре.

Диаграмму состояния строят в координатах температура-концен­трация. Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазо­вых состояний. Вид диаграммы зависит от того, как взаимодейству­ют между собой компоненты. Для построения диаграммы состояния используют большое количество кривых охлаждения для сплавов раз­личных концентраций. При построении диаграммы критические точ­ки переносятся с кривых охлаждения на диаграмму и соединяются линией. В получившихся на диаграмме областях записывают фазы или структурные составляющие. Линия диаграммы состояния на ко­торой при охлаждении начинается кристаллизация сплава называется линией ликвидус, а линия на которой кристаллизация завершается — линией солидус.

Виды диаграмм состояния


Диаграмма состояния сплавов, обра­зующих механические смеси (рис. 9), характеризуется отсутствием растворения компонентов в твердом состоянии. Поэтому в этом спла­ве возможно образование трех фаз: жидкого сплава Ж, кристаллов А и кристаллов В. Линия АСВ диаграммы является линией ликвидус: на участке АС при охлаждении начинается кристаллизация компонента А, а на участке СD — компонента В. Линия DСВ является линией солидус, на ней завершается кристаллизация А или В и при постоян­ной температуре происходит кристаллизация эвтектики Э. Сплавы концентрация которых соответствует точке С диаграммы называются эвтектическими, их структура представляет собой чистую эвтектику.

Сплавы, расположенные на диаграмме левее эвтектического, называ­ются доэвтектическими, их структура состоит из зерен А и эвтекти­ки. Те сплавы которые на диаграмме расположены правее эвтектичес­кого, называются заэвтектическими, их структура представляет собой зерна В, окруженные эвтектикой.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимос­тью компонентов в твердом состоянии изображена на рис. 10. Для этого сплава возможно образование двух фаз: жидкого сплава и твер­дого раствора а. На диаграмме имеется всего две линии, верхняя является линией ликвидус, а нижняя — линией солидус.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии показана на рис 11. В этом сплаве могут существовать три фазы — жидкий сплав, твердый раствор α компонента В в компоненте А и твердый раствор β компонента А в компоненте В. Данная диаграмма содержит в себе элементы двух пре­дыдущих. Линия АСВ является линией ликвидус, линия АDСЕВ — линией солидус. Здесь также образуется эвтектика, имеются эвтек­тический, доэвтектический и заэвтектический сплавы. По линиям FD и EG происходит выделение вторичных кристаллов αIIи βII(вслед­ствие уменьшения растворимости с понижением температуры). Про­цесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы называется вторичной кристаллизацией.

Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соеди­нение (рис. 12) характеризуется наличием вертикальной линии, соот­ветствующей соотношением компонентов в химическом соединении АmВn. Эта линия делит диаграмму на две части, которые можно рас­сматривать как самостоятельные диаграммы сплавов, образуемых одним из компонентов с химическим соединением. На рис. 12 изоб­ражена диаграмма для случая, когда каждый из компонентов образу­ет с химическим соединением механическую смесь.

Конспект урока «Физические, химические, технологические свойства металлов»

Электропроводность — способность металла проводить электрический ток.

Наибольшей электропроводностью обладают Ag (серебро), Cu (медь), Au (золото), Al (алюминий), Fe и др.

Магнитные свойства — способность намагничиваться или реагировать на действие магнита.

  1. Химические свойства.

Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно.

Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями.

Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами.

Опустим кусочек цинка в раствор какой-нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец. Реакция выражается уравнением:

Zn + Pb (NO 3 ) 2 = Pb + Zn (NO 3 ) 2

Из уравнения следует, что эта реакция является типичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам двухвалентного свинца, тем самым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливаются и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, то есть погрузить кусочек свинца в раствор цинковой соли, то никакой реакции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца.

Вытеснение одних металлов из их соединений другими металлами впервые было подробно изучено русским ученым Бекетовым, расположившим металлы по их убывающей химической активности в так называемый “вытеснительный ряд”. В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений.

В таблице №2 представлены значения стандартных электродных потенциалов некоторых металлов. Символом Me + /Me обозначен металл Me, погруженный в раствор его соли. Стандартные потенциалы электродов, выступающих как восстановители по отношению к водороду, имеют знак “-”, а знаком “+” отмечены стандартные потенциалы электродов, являющихся окислителями.

Таблица №2

Стандартные электродные потенциалы металлов.

Металлы, расположенные в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов, и образуют электрохимический ряд напряжений металлов: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов:

Чем меньше электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность.

Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него.

Все металлы, имеющие отрицательный стандартный электродный потенциал, то есть находящиеся в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.

Необходимо отметить, что представленный ряд характеризует поведение металлов и их солей только в водных растворах и при комнатной температуре. Кроме того, нужно иметь ввиду, что высокая электрохимическая активность металлов не всегда означает его высокую химическую активность. Например, ряд напряжений начинается литием, тогда как более активные в химическом отношении рубидий и калий находятся правее лития. Это связано с исключительно высокой энергией процесса гидратации ионов лития по сравнению с ионами других щелочных металлов.

Коррозионная стойкость — свойство металлов противостоять (не разрушаться) действию агрессивных сред.

Растворимость — способность металлов растворяться в кислотах, электролитах и других агрессивных средах.

  1. Технологические свойства.

Под технологическими свойствами металлов и сплавов понимают способность металла подвергаться различным видам обработки.

К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся: литейные, ковкость, или деформируемость, в горячем и холодном состоянии, свариваемость, прокаливаемость и обрабатываемость резанием.

1. Литейные свойства.

Литейные свойства металла определяются температурой канала определенного сечения при заданных условиях гидростатического напора и температуры сплава и формы. Характеризуют способность материала к получению из него качественных отливок.

Жидкотекучесть – характеризует способность расплавленного металла заполнять литейную форму.

При испытаниях жндкотекучести стали производится одновременно отливка нескольких прутков с сечением в виде пирамиды высотой 8мм и основаниями 5 и 8мм и по среднеарифметическому определяется средняя длина. Жидкотекучесть выражается в миллиметрах длины отлитого прутка.

Усадка (линейная и объемная) – характеризует способность материала изменять свои линейные размеры и объем в процессе затвердевания и охлаждения. Для предупреждения линейной усадки при создании моделей используют нестандартные метры.

Литейная усадка — отражение различия между плотностью металла или сплава в твердом и жидком состояниях.

Для изготовления моделей при отливке важнейших сплавов применяют специальные «усадочные метры».

Ликвация – неоднородность химического состава по объему.

Способность металла или сплава к ликвации и образованию пор определяется методами микроструктурного анализа.

Ковкость металла — способность воспринимать пластическую деформацию в процессе изменения формы (без появления признаков разрушения) при гибке, ковке, штамповке, прокатке и прессовании. Ковкостью обладают металлы как в горячем, так и в холодном состоянии.

2. Способность материала к обработке давлением.

Это способность материала изменять размеры и форму под влиянием внешних нагрузок, не разрушаясь.

Она контролируется в результате технологических испытаний, проводимых в условиях, максимально приближенных к производственным.

Листовой материал испытывают на перегиб и вытяжку сферической лунки. Проволоку испытывают на перегиб, скручивание, на навивание. Трубы испытывают на раздачу, сплющивание до определенной высоты и изгиб.

Критерием годности материала является отсутствие дефектов после испытания.

3. Свариваемость.

Это способность материала образовывать неразъемные соединения требуемого качества. Оценивается по качеству сварного шва.

Свариваемость — это комплексная технологическая характеристика металлических материалов, зависящая от многих факторов.

Основное общее определение свариваемости установлено ГОСТ 29273–92:

«Металлический материал считается поддающимся сварке до установленной степени при данных процессах и для данной цели, когда сваркой достигается металлическая целостность при соответствующем технологическом процессе, когда свариваемые детали отвечали техническим требованиям, как в отношении их собственных качеств, так и в отношении их влияния на конструкцию, которую они образуют».

Исходя из этого определения следует, что свариваемость зависит от четырех переменных: материала, технологического процесса, типа конструкции и ее функционального назначения.

В современной сварочной терминологии различают физическую свариваемость и технологическую свариваемость.

4. Способность к обработке резанием.

Характеризует способность материала поддаваться обработке различным режущим инструментом. Оценивается по стойкости инструмента и по качеству поверхностного слоя.

  1. Эксплуатационные свойства.

Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях.

  • Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

  • Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться действию агрессивных кислотных, щелочных сред.

  • Жаростойкость – это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

  • Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.

  • Хладостойкость – способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах.

  • Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.

Эти свойства определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы изделий.

При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства.

  1. Вывод.

К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления, расширение при нагревании.

Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно. А так же коррозионная стойкость и растворимость.

Под технологическими свойствами металлов и сплавов понимают способность металла подвергаться различным видам обработки.

К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся: литейные, ковкость, или деформируемость, в горячем и холодном состоянии, свариваемость, прокаливаемость и обрабатываемость резанием.

Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях.Эти свойства определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы изделий.При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства.

Свойства металлов и сплавов: химические, физические, механические, технологические


Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп, выделены синим цветом), а справа вверху – элементы-неметаллы (выделены желтым цветом). Элементы, расположенные вблизи диагонали – полуметаллы или металлоиды (B, Si, Ge, Sb и др.), обладают двойственным характером (выделены розовым цветом).
Как видно из рисунка, подавляющее большинство элементов являются металлами.

По своей химической природе металлы – это химические элементы, атомы которых отдают электроны с внешнего или предвнешнего энергетического уровней, образуя при этом положительно заряженные ионы.

Практически все металлы имеют сравнительно большие радиусы и малое число электронов (от 1 до 3) на внешнем энергетическом уровне. Для металлов характерны низкие значения электроотрицательности и восстановительные свойства.

Наиболее типичные металлы расположены в начале периодов (начиная со второго), далее слева направо металлические свойства ослабевают. В группе сверху вниз металлические свойства усиливаются, т.к увеличивается радиус атомов (за счет увеличения числа энергетических уровней). Это приводит к уменьшению электроотрицательности (способности притягивать электроны) элементов и усилению восстановительных свойств (способность отдавать электроны другим атомам в химических реакциях).

Типичными

металлами являются s-элементы (элементы IА-группы от Li до Fr. элементы ПА-группы от Мg до Rа). Общая электронная формула их атомов ns1-2. Для них характерны степени окисления + I и +II соответственно.

Небольшое число электронов (1-2) на внешнем энергетическом уровне атомов типичных металлов предполагает легкую потерю этих электронов и проявление сильных восстановительных свойств, что отражают низкие значения электроотрицательности. Отсюда вытекает ограниченность химических свойств и способов получения типичных металлов.

Характерной особенностью типичных металлов является стремление их атомов образовывать катионы и ионные химические связи с атомами неметаллов. Соединения типичных металлов с неметаллами — это ионные кристаллы «катион металлаанион неметалла», например К+ Вг—, Сa2+ О2-. Катионы типичных металлов входят также в состав соединений со сложными анионами — гидроксидов и солей, например Мg2+(OН—)2, (Li+)2СO32-.

Металлы А-групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Ве-Аl-Gе-Sb-Ро, а также примыкающие к ним металлы (Gа, In, Тl, Sn, Рb, Вi) не проявляют типично металлических свойств. Общая электронная формула их атомов ns2np0-4

предполагает большее разнообразие степеней окисления, большую способность удерживать собственные электроны, постепенное понижение их восстановительной способности и появление окислительной способности, особенно в высоких степенях окисления (характерные примеры — соединения Тl III, РbIV, Вiv). Подобное химическое поведение характерно и для большинства (d-элементов, т. е. элементов Б-групп Периодической системы (типичные примеры — амфотерные элементы Сr и Zn).

Это проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи. В твердом состоянии соединения нетипичных металлов с неметаллами содержат преимущественно ковалентные связи (но менее прочные, чем связи между неметаллами). В растворе эти связи легко разрываются, а соединения диссоциируют на ионы (полностью или частично). Например, металл галлий состоит из молекул Ga2, в твердом состоянии хлориды алюминия и ртути (II) АlСl3 и НgСl2 содержат сильно ковалентные связи, но в растворе АlСl3 диссоциирует почти полностью, а НgСl2 — в очень малой степени (да и то на ионы НgСl+ и Сl—).

Определение металлов и сплавов.

Основные химические элементы подразделяются на металлы и неметаллы, однако между ними нельзя провести четкую границу. Металл можно описать как химический элемент, который обладает металлическим блеском и который в электролизе несет положительный заряд, высвобождающийся на катоде.

Сплав представляет собой однородный металлический материал, но он не является единственным химическим элементом. Сплав образует соединение или смесь двух или более металлов. В некоторых случаях он может состоять из одного или более металлов и неметаллов. Например, сплав железа с углеродом образует сталь.

В процессе работы с металлами и сплавами очень важно правильно определять тип сварки или механической обработки, от которого напрямую зависит качество и успех конечного результата. И вот для того, чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать основные свойства металлов и сплавов, среди которых можно выделить 4 большие группы.

Основные виды сплавов

Человечество знакомо с различными металлическими сплавами. Самыми многочисленными из них являются соединения на основе железа. К ним относятся ферриты, стали и чугун. Ферриты имеют магнитные свойства, в чугуне содержится более 2,4% углерода, а сталь — это материал с высокой прочность и твердостью.

Отдельное внимания требуют металлические сплавы из цветных металлов.

Производство стали

Цинковые сплавы

Соединения металлов, которые плавятся при низких температурах. Смеси на основе цинка устойчивы к воздействию коррозийных процессов. Легко обрабатываются.

Алюминиевые сплавы

Популярность алюминий и сплавы на его основе получили во второй половине 20 века. Этот материал обладает такими преимуществами:

  1. Устойчивость к низким температурам.
  2. Электропроводность.
  3. Малый вес заготовок в сравнении с другими металлами.
  4. Износоустойчивость.

Однако нельзя забывать про то, что алюминий плавится при низких температурах. При температуре около 200 градусов характеристики ухудшаются.

Алюминий применяется при изготовлении комплектующих к машинам, производстве деталей для самолётов, составляющих промышленного оборудования, посуды, инструментов. Не многие знают, что алюминий популярен в сфере производства оружия. Связано это с тем, что детали из алюминия не искрят при сильном трении.

Чтобы увеличить прочность детали, алюминий смешивают с медью. Чтобы заготовка выдерживала давление — с марганцем. Кремний добавляют, чтобы получить обычную отливку.

Медные сплавы

Сплавы на основе меди — марки латуни. Из этого материала изготавливаются детали высокой точности, так как латунь легко обрабатывать. В составе сплава может содержаться до 45% цинка.


Физические свойства.

Данная группа свойства связаны с атомной структурой и плотностью материала и их измерение не вызывает остаточной деформации тела.

  • Цвет – по этому признаку можно судить о некоторых других свойствах. Например, большинство металлов при нагревании меняют цвет. Аналогичная ситуация наблюдается и при окислении.
  • Теплопроводность – способность материала проводить или передавать тепло.
  • Электропроводность – аналогично предыдущему свойству, однако вместо тепла выступает электричество.
  • Магнитная восприимчивость – проводит ли материал магнитное поле, когда он намагничен.
  • Температура плавления – показатель температуры, при достижении которой вещество переходит в жидкое состояние из твердого. У чистых металлов она является постоянной, а для сплавов – это интервал температур.
  • Плотность – это количество вещества, которое содержится в одной единице объема.
  • Удельная теплоемкость представляет собой количество тепла, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1г вещества на 1°С.

Свойства металлов (стр. 1 из 2)

Свойства металлов.

1.Основные свойства металлов.

Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.

К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширяемость при нагревании.

К химическим – окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

К механическим – прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

К технологическим – прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариемость, обрабатываемость резанием.

1. Физические и химические свойства.

Цвет. Металлы непрозрачны, т.е. не пропускают сквозь себя свет, и в этом отраженном свете каждый металл имеет свой особенный оттенок – цвет.

Из технических металлов окрашенными являются только медь (красная) и ее сплавы. Цвет остальных металлов колеблется от серо- стального до серебристо – белого. Тончайшие пленки окислов на поверхности металлических изделий придают им дополнительные окраски.

Удельный вес. Вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах, называется удельным весом.

По величине удельного веса различают легкие металлы и тяжелые металлы. Из технических металлов легчайшим является магний ( удельный вес 1,74), наиболее тяжёлым – вольфрам (удельный вес 19,3). Удельный вес металлов в некоторой степени зависит от способа их производства и обработки.

Плавкость. Способность при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое является важнейшим свойством металлов. При нагревании все металлы переходят из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении расплавленного металла – из жидкого состояния в твердого. Температура плавления технических сплавов имеет не одну определённую температуру плавления, а интервал температур, иногда весьма значительный.

Электропроводность. Электропроводность заключается в переносе электричества свободными электронами. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. При повышении температуры электропроводность металлов падет, и при понижении – возрастает. При приближении к абсолютному нулю (- 2730С) электропроводность беспредельно металлов колеблется от +2320 (олово) до 33700 (вольфрам). Большинство увеличивается (сопротивление, падает почти до нуля).

Электропроводность сплавов всегда ниже электропроводности одного из компонентов, составляющих сплавов.

Магнитные свойства. Явно магнитными (ферромагнитьными) являются только три металла: железо, никель, и кобальт, а также некоторые их сплавы. При нагревании до определённых температур эти металлы также теряют магнитные свойства. Некоторые сплавы железа и при комнатной температуре не являются ферромагнитными. Все прочие металлы разделяются на парамагнитные (притягивают магнитами) и диамагнитные (отталкиваются магнитами).

Теплопроводность. Теплопроводность называется переход тепла в теле от более нагретого места к менее нагретому без видимого перемещения частиц этого тела. Высокая теплопроводность металлов позволяет быстро и равномерно нагревать их и охлаждать.

Из технических металлов наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплопроводность железа значительно ниже, а теплопроводность стали меняется в зависимости от содержания в ней компонентов. При повышении температуры теплопроводность уменьшается, при понижении – увеличивается.

Теплоёмкость. Теплоёмкость называется количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 10.

Удельной теплоемкостью вещества называется то количество тепла в килограмм – калориях, которое нужно сообщить 1кг вещества, чтобы повысить его температуру на 10.

Удельная теплоёмкость металлов в сравнении с другими веществами невелика, что позволяет относительно легко нагревать их до высоких температур.

Расширяемость при нагревании. Отношение приращения длины тела при его нагревании на 10 к первоначальной его длине называется коэффициентом линейного расширения. Для различных металлов коэффициентом линейного расширения колеблется в широких пределах. Так, например, вольфрам имеет коэффициент линейного расширения 4,0·10-6 , а свинец 29,5 ·10-6.

Коррозионная стойкость. Коррозия есть разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия его с внешней средой. Примером коррозии является ржавление железа.

Высокая сопротивляемость коррозии (коррозионная стойкость) является важным природным свойством некоторых металлов: платины, золота и серебра, которые именно поэтому и получили название благородных. Хорошо сопротивляются коррозии также никель и другие цветные металлы. Черные металлы коррозируют сильнее и быстрее, чем цветные.

2. Механические свойства.

Прочность.

Прочностью металла называют его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Твердость.

Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.

Упругость.

Упругостью металла называется его свойство востонавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы(деформацию.)

Вязкость.

Вязкость называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости.

Пластичность.

Пластичностию называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство, обратное упругости.

В табл. 1 приведены свойства технических металлов.

Таблица 1.

Свойства технических металлов.

Название металлаУдельный вес(плотность) г\см3Температура плавления 0СТвердость по БринеллюПредел прочности(временное сопротивление) кг\мм2Относительное удлинение %Относительное сужение поперечного сечения %
АлюминийВольфрамЖелезоКобальтМагнийМарганецМедьНикельОловоСвинецХромЦинк 2,719,37,878,91,747,448,848,97,311,347,147,14 6583370153014906511242108314522323271550419 20-3716050125252035605-104-610830-42 8-1111025-337017-20Хрупкий2240-502-41,8Хрупкий11,3-15 4021-55315Хрупкий60404050Хрупкий5-20 8568-5520Хрупкий757074100Хрупкий

3. Значение свойств металлов.

Механические свойства.

Первое требование, предъявляемое ко всякому изделию, — это достаточная прочность.

Металлы обладают более высокой прочностью по сравнению с другими материалами, поэтому нагруженные детали машин, механизмов и сооружений обычно изготовляются из металлов.

Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать ещё особыми свойствами, характерными для работы данного изделия. Так, например, режущие инструменты должны обладать высокой твердостью. Для изготовления режущих других инструментов применяются инструментальные стали и сплавы.

Для изготовления рессор и пружин применяются специальные стали и сплавы, обладающие высокой упругостью

Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергается ударной нагрузке.

Пластичность металлов дает возможность производить их обработку давлением (ковать, прокатывать).

Физические свойства.

В авиа-, авто- и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и особенно магния являются здесь незаменимыми. Удельная прочность( отношение предела прочности к удельному весу) для некоторых, например алюминиевых, сплавов выше, чем для мягкой стали.

Плавкость

используется для получения отливок путём заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы(например, свинец) используются в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют столь низкую температуру плавления, что расплавляется в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки типографических матриц, в приборах, служащих для предохранения от пожаров.

Металлы с высокой электропроводностью

(медь, алюминий) используются в электромашиностроении, для устройства линий электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением – для ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Магнитные свойства

металлов играют первостепенную роль в электромашиностроении (динамомашины, мотора, трансформаторы),для приборов связи ( телефонные и телеграфные аппараты) и используются во многих других видах машин и приборов.

Теплопроводность

металлов дает возможность производить их физические свойства. Теплопроводность используется также при производстве пайки и сварки металлов.

Некоторые сплавы металлов имеют коэффициент линейного расширения

, близкий к нулю; такие сплавы применяются для изготовления точных приборов, радиоламп. Расширение металлов должно применяться во внимание при постройке длинных сооружений, например, мостов. Нужно также учитывать,что две детали, изготовленные из металлов с различным коэффициентом расширения и скрепленные между собой, при нагревании могут дать изгиб и даже разрушение.

Химические свойства.

Коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в сильно окислительных средах (колосниковые решётки, детали химических машин и приборов). Для достижения высокой коррозионной стойкости производят специальные нержавеющие, кислостойкие и жаропрочные стали, а также применяются защитные покрытия.

Химические свойства.

К данному виду относятся те свойства, которые определяют их отношение к химическим воздействиям таких сред, как вода, воздух, кислоты, щелочи и другие.

  • Растворимость – способность материала растворяться в каком-либо растворителе (как правило, сильные кислоты и едкие щелочи).
  • Окисляемость – способность металла образовывать оксиды (соединяться с кислородом).
  • Коррозийная стойкость – насколько материалы способны сопротивляться разрушению во время химического воздействия окружающей среды.

Механические свойства.

При измерении механических свойств, тело, как правило, подвергается разрушению или необратимой деформации.

  • Прочность – материал способен сопротивляться разрушению, когда на него воздействуют внешние силы.
  • Упругость – материал способен принимать первоначальную форму, когда действие внешней нагрузки закончилось.
  • Пластичность – материал способен изменять свои размеры и форму когда действие внешней нагрузки закончилось. Новые размеры и форма сохраняются, материал не разрушается.
  • Вязкость – материал способен оказывать сопротивление, когда на него воздействуют резко возрастающие нагрузки.
  • Твердость – материал не позволяет проникать в себя другому материалу, который является более твердым.
  • Износостойкость – материал способен сохранять свою поверхность неизменной, если на него воздействовать силой трения.
  • Хрупкость – материал способен разрушаться под воздействием внешней силы (пластическая деформация отсутствует).

Электропроводность:

Все металлы хорошо проводят электрический ток, обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля.

Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также и натрий. В экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Технологические свойства.

Данный вид свойств определяет, насколько к металлу или сплаву подходят тот или иной вид обработки.

  • Обрабатывание резанием – металл или сплав подвержен обработке режущим инструментом при механической обработке.
  • Ковкость – материал способен принимать другую форму, если его обрабатывать давлением. Разрушение материала при этом отсутствуют.
  • Свариваемость – металл подходит для сварки, образуя неразъемные соединения без трещин и других пороков.
  • Жидкотекучесть – расплавленные металлы спокойно принимают именно ту форму, в которую их заливают.
  • Усадка – процесс, противоположный тепловому расширению. Представляет собой уменьшение объема материала при его охлаждении.
  • Ликвация – материал из жидкого состояния при понижении температуры переходит в твердое состояние и в результате распадается на отдельные соединения, у которых точки плавления различны.

Методы исследования механических свойств металлов

Механические свойства металлов определяют способность сопротивляться прилагаемым усилиям. К таким свойствам относятся упругость, пластичность, прочность, твердость и т. д.

Технологические свойства характеризуют способность металлов поддаваться различным видам механической обработки: ковке, штамповке, прокатке, обработке режущим инструментом и т. д.

Металлы и сплавы используются в качестве основного конструкционного материала для деталей автомобилей, различных машин, механизмов и сооружений, работающих в условиях больших нагрузок. Поэтому для металлов важнейшими являются их механические свойства. Определение этих свойств производится при испытаниях, которые в зависимости от способа приложения усилия делятся на статические и динамические. При статических испытаниях нагрузка на образец металла возрастает медленно и плавно. При динамических испытаниях нагрузка увеличивается с большой скоростью или изменяется многократно по величине и направлению Вид испытаний определяется назначением и условиями применения деталей машин.

Наиболее распространенными испытаниями для исследования механических свойств металлов являются статические испытания на растяжение и твердость, а также динамические испытания на Удар и усталость.

Испытание на растяжение производится для образцов металлов на специальных разрывных машинах типа ИМ-12А, РМ-500 и др. При этом используются образцы определенной формы и размеров, изготовленные по стандарту. Образец закрепляют в захвате машины и подвергают нагрузке, увеличивая силу, растягивающую образец. По силоизмерительному прибору разрывной машины определяют величину растягивающей силы. Как только растягивающая сила превысит силу сопротивления металла, происходит разрыв образца. Напряжения, возникающие в металле при испытании, автоматически записываются на ленте самописца машины в виде диаграмм растяжения.

На диаграмме растяжения по оси ординат отложено растягивающее усилие Р (в кгс), а по оси абсцисс — деформация или абсолютное удлинение образца (в мм). Удлинение образца при возрастании нагрузки от точки О до точки А пропорционально этому возрастанию, а от точки А до точки Б пропорциональность нарушается. В интервале нагрузок Б — В металл начинает течь, т.е. происходит удлинение образца при постоянной силе Р. В точке Г диаграммы сила достигает максимального значения, на образце образуется шейка и в точке Д он разрывается.

Указанные характерные точки на диаграмме позволяют определить показатели механических свойств — величины напряжений или пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности, истинное сопротивление разрыву, относительное удлинение и относительное сужение.

Следует отметить, что текучесть металлов на участке Б — В характерна только для низкоуглеродистых сталей. Высокоуглеродистые стали не обладают текучестью и не имеют на диаграмме участка текучести. Поэтому для них находят условный предел текучести при остаточном удлинении, равном 0,2%.

Рис. 1. Диаграмма растяжения мягкой стали

Найденное значение твердости по шкалам В, С, А обозначают соответственно HRB, HRC, HRA.

Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как позволяет испытывать твердые и мягкие металла прямо на готовых деталях.

Испытание на удар проводится с целью оценки сопротивляемости образца металла ударной нагрузке. Для этого используют специальную машину, называемую маятниковым копром (копры типа МК-15, PS 30 и др.). Испытуемый образец металла устанавливают на опоры копра и подвергают ударному воздействию массивным маятником, падающим с определенной высоты.

Работа Ау подсчитывается перемножением массы маятника на разность высот его подъема до удара и после удара.

Испытания на усталость позволяют выявить срок службы многих ответственных металлических деталей (шатуны, коленчатые валы двигателей, полуоси и др.), которые подвергаются в процессе работы действию повторных и знакопеременных нагрузок. Свойство металлов выдерживать большое число циклов переменных нагрузок называется выносливостью.

Единицей измерения при испытании на усталость является предел выносливости, т. е. величина допустимого напряжения, которое выдерживает металл без разрушения при заданном числе циклов нагрузки.

Испытания на усталость проводят в зависимости от назначения детали на различных машинах (типа МУИ-6000, ИВМ и др.). Наиболее распространены испытательные машины, нагрузка на которых прикладывается изгибом при вращении, растяжением-сжатием, кручением. Результатом испытания является кривая усталости,представляющая зависимость напряжения от числа циклов, причем минимальная величина напряжения, выдерживаемая металлом в конце испытания, и будет характеризовать предел выносливости.

Механические свойства металлов

Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.

Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень. чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств. Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.

Основные механические свойства металлов

Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:

— Прочность — означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.

— Твердость (часто путают с прочностью) — характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.

— Упругость — означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.

— Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) — также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.

— Стойкость к трещинам — под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.

— Вязкость или ударная вязкость — антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.

— Износостойкость — способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.

— Жаростойкость — длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.

— Усталость — время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.

Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.

Механические свойства металлов и методы их испытаний

Физические свойства металлов

Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.

Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства — те что проявляется в покое, механические — только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла «прочность» может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют «закалку» и «старение»). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.

Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.

В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?

Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.

Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции. Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя «шов» под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции. Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 30Следующая ⇒

Механические свойства металлов.При эксплуатации на кон­струкции, детали или инструменты действуют различные внешние усилия (нагрузки). Все действующие нагрузки можно разделить на три группы:

а) постоянно плавно возрастающие и плавно уменьша­ющиеся;

б) ударные;

в) знакопеременные.

Под действием сил металл способен изменять свою форму и раз­меры, т. е. деформироваться.

Рис. 2. Виды деформаций стержня: а —

растяжение;

б — сжатие; в

— изгиб;
г
— кручение;
д
— срез

Деформации

могут быть
упругими
и
пластическими (остаточными).
Упру­гие деформации исчезают после сня­тия нагрузки, а пластические остают­ся.

Величины деформаций зависят от значения действующих сил, а виды — от направления приложения сил. Наи­более часто встречаются следующие

основные виды деформаций: растяжение, сжатие, изгиб, кручение

и
срез.
На практике металл подвер­гается одному или нескольким видам деформаций в зависимости от прила­гаемых сил.

При выборе металла для изготовле­ния конструкций, деталей, инструментов исходят из его механических свойств. Механическими свойствами называется совокупность качеств, характеризующих способность металлов противостоять деформации при приложении сил. К механическим свойствам относятся прочность, упругость, плас­тичность, твердость, вязкость, усталостная прочность (выносли­вость)

и др. Чтобы определить механические свойства металла, его испытывают в лабораториях на специальных машинах.

Испытание металлов на растяжение.Испытание металлов на растяжение позволяет определить наиболее важ­ные механические свойства металлов: прочность, упругость и плас­тичность (рис.3).

Рис. 3. Диаграмма растяжения металлов:

а — пластичных; б —

хрупких

Прочность — способность металлов сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок. Упругость

— способность метал­лов восстанавливать первоначальную форму и размеры после пре­кращения действия нагрузок, вызвавших их изменение.
Пластич­ность— способность металлов необратимо изменять свою форму и размеры, не разрушаясь под действием нагрузок. Противоположным свойством пластичности является хрупкость.
Известно, что груз приложенный к металлическому стержню, вызывает в нем растягивающие напряжения, которые определяют как отношение нагрузки к площади поперечного сечения стержня

σ =

P/F
,
где σ — напряжение, Па;

Р

— нагрузка, Н;

F— площадь попереч­ного сечения, м2.

Сравнение прочности и упругости металлов проводят по величи­не предельных напряжений.

Прочность обычно определяется пределом прочности,

который равен отношению максимальной (наибольшей) нагрузки, вызвав­шей разрушение стержня, к площади его первоначального попереч­ного сечения:

σ В

= Рmах / Fо

где Рmах — максимальная нагрузка, Н;

Fо

— площадь первоначаль­ного поперечного сечения стержня, м2.

Предел прочности, называемый также временным сопротивлени­ем, — важнейшая характеристика. Если напряжения в изделии, кон­струкции или инструменте превзойдут предел прочности, то они раз­рушаются.

Упругость оценивается пределом упругости,

который равен от­ношению наибольшей нагрузки, не вызывающей остаточных дефор­маций стержня, к площади его первоначального поперечного се­чения

σуп = Руп/Fо,

где Руп

— наибольшая нагрузка, не вызывающая остаточных де­формаций, Н.

Если напряжения в деталях превзойдут предел упругости, то они изменят свою форму и размеры, что может иметь катастрофические последствия.

Пластичность металлов характеризуется относительным удлине­нием и относительным поперечным сужением.

Относительным удлинением

называется отношение приращения длины стержня после разрыва к его первоначальной длине:

ι — ι0

δ = ──────100

ι 0

где ι0 — первоначальная длина образца, мм;

ι— длина образца после разрыва, мм;

ι — ι0

ι — абсолютное удлинение, мм.

Относительным сужением

называется отношение уменьшения площади поперечного сечения стержня после разрыва к первона­чальной площади его поперечного сечения:

F0 — F

Ψ = ────── 100

F0

где Fо

— первоначальная площадь поперечного сечения стержня;

F— площадь поперечного сечения стержня после разрыва, мм2;

Fо—F = ۵F

— абсолютное сужение, мм2.

Чем больше значение относительного удлинения и сужения, тем пластичнее металл. У хрупких металлов эти величины незначитель­ны или равны нулю. Хрупкость металла является отрицательным свойством, а пластичность положительным.

Испытание металлов на растяжение проводят на разрывных ма­шинах, которые обеспечивают приложение к образцам статических, т.е. постоянных или плавно возрастающих нагрузок.

Хрупкие металлы (чугун, закаленная сталь и др.), работающие на изгиб, испытывают не только на растяжение, но и на изгиб. При этом определяют предел прочности на изгиб (σИЗГ) по соответствующим формулам. Испытания проводят на разрывных машинах, имеющих для этого специальные приспособления в виде двух опор, на которые укладывают образец. Посредине образ­ца создают равномерно повышающуюся нагрузку до его разру­шения.

Предел прочности на изгиб — важнейшая характеристика ме­таллов конструкций, работающих на изгиб. Испытанию на изгиб подвергают большинство судостроительных металлов.

Испытание металлов на твердость. Твердостью называется спо­собность металла оказывать сопротивление проникновению в него другого более твердого материала.

В настоящее время применяют разнообразные методы испытания металлов на твердость. Наиболее распространены методы, при ко­торых в металл под действием статической нагрузки вдавливают специальный наконечник-индентор (шарик, конус или пирамиду). Эти методы называют по фамилии их авторов: Бринелля, Роквелла и Виккерса. Твердость определяют также ударным вдавливанием шарика (метод Польди) и методом упругой отдачи бойка (метод Шора).

Приближенно твердость можно оценить и по углублениям, ос­тавляемым чертилкой, кернером, зубилом и другими режущими ин­струментами. О твердости судят по глубине отпечатка, оставленно­го на металле наконечником или режущими инструментами. Чем больше глубина отпечатка при одинаковой нагрузке на внедряе­мый материал одинакового размера, тем меньше твердость и нао­борот.

Испытывая металл на твердость, можно просто и быстро опре­делить его механические свойства, причем не только в лаборатори­ях, но и на производстве. По величине твердости можно приближенно судить и о других механических свойствах металлов: прочности, износостойкости и т.п., а также обрабатываемости. Чем металл тверже, тем его труднее обрабатывать.

В зависимости от твердости выбирают металлы для изготовления тех или иных деталей, конструкций, инструментов. Рассмотрим наиболее распространенные методы испытания металлов на твердость.

Метод Бринелля заключается во вдавливании под действием статической нагрузки в поверхность испытуемого образца стального шарика диаметром 2,5; 5 или 10 мм.

Твердость по методу Бринелля выражается в числах твердости НВ (Н — твердость, В — Бринелля).

Испытание на твердость по методу Бринелля проводится на при­борах с применением плоских или круглых образцов и деталей. Для получения точных результатов на поверхности образцов не должно быть ржавчины, окалины, вмя­тин и т. п.

Метод Роквелла заключается во вдавливании под действием статической нагрузки в поверхность испытуемого ме­талла алмазного конуса или стального закаленного шарика диамет­ром 1,59 мм.

В приборах (твердомерах) Роквелла в отличие от при­боров Бринелля число твердости определяют непосредственно по шкале индикатора.

Числа твердости по Роквеллу не имеют размерности и обозначаются символом HR (Н — твердость, R — Роквелл). К символу до­бавляется обозначение шкалы индикатора (А, В или С), по которой измерялась твердость, и соответствующее числовое значение твер­дости.

По методу Роквелла можно испытывать мягкие и твердые ме­таллы, а также готовые изделия, так как отпечатки от наконечника незначительны. Испытание занимает мало времени (не более 50 с), не требует никаких измерений; показания читаются непосредствен­но по шкале индикатора.

Метод Виккерсазаключается во вдавливании под действием статической нагрузки в поверхность испытуемого металла четырех­гранной алмазной пирамиды.

Метод Польдизаключается во вдавливании стального шарика под действием динамической (ударной) нагрузки в поверхность испытуемого металла и эталонного образца.

По соотношению площадей или диаметров отпечатков расчетным путем по таблицам определяют твердость металла. Она будет тем меньше, чем больше отпечаток на испытуемом металле по сравнению с отпечатком на эталонном образце, и наоборот.

Испытание металлов на ударную вязкость. Ударной вязкостью

(динамической прочностью) называется способность металлов оказывать сопротивление действию ударных (динамических) нагрузок.

Многие детали машин, конструкции и инструменты испытывают при эксплуатации ударные нагрузки. Например, судовые конструкции подвергаются ударам волн, льда и т. п. Поэтому при их изго­товлении необходимо учитывать эту важнейшую характеристику.

Металлы, легко разрушающиеся под действием ударной нагруз­ки, называются хрупкими.

Они непригодны для изготовления дета­лей, работающих в условиях ударных нагрузок.
Вязкими
называ­ются металлы, разрушающиеся при значительных ударных нагруз­ках и значительных пластических деформациях.

Испытание металлов на ударную вязкость проводят на механиз­мах, называемых маятниковыми копрами. Оно заключа­ется в ударном изломе (изгибе) маятником копра образца и в под­счете израсходованной работы на разрушение образца.

Маятник поднимают на некоторую высоту Н.

С этой высоты он свободно падает разрушает образец и снова поднимается на неко­торую высоту
h.
Работа, затраченная на разрушение образца,

А = P(H — h)

или А =

(cosβ — cosα),

где Р

— сила тяжести (вес) маятника, Н;

Н — высота подъема маятника до удара, м;

h

— высота подъема маятника после удара, м;

l-

длина маятника, м.

Ударную вязкость металла определяют по величине удельной ударной вязкости аH,

равной отношению работы, затраченной на разрушение образца, к площади его поперечного сечения в месте разрушения:

аH = А

/
F
где А

— работа, затраченная на разрушение образца, Дж;

F

— пло­щадь поперечного сечения образца в месте разрушения, м2.

Современный маятниковый копер имеет шкалу, градуированную непосредственно в единицах работы. Если поднять маятник на не­которую высоту Н,

то стрелка покажет запас энергии маятника до удара
РНвджоулях. После разрушения образца маятник поднимается на некоторую высоту h,
в это время стрелка покажет запас энергии-маятника
Ph
после удара. Таким образом, ударная вязкость

аH =

(
РН — Ph)/F.
Ударная вязкость зависит не только от рода металла, но и от его температуры, химического состава, структуры и т. д. Например, две марки стали, с разной структурой могут иметь совершенно, различ­ные значения ударной вязкости, но почти одинаковые другие меха­нические свойства.

Испытание металлов на усталостную прочность (выносли­вость).Многие детали машин и механизмов, некоторые конструк­ции и инструменты при эксплуатации подвергаются действию пере­менных нагрузок, т. е. меняющихся по значению, направлению или по значению и направлению одновременно. Таким нагрузкам под­вергаются, например, корпуса судов детали машин (валы, оси, ша­туны, коленчатые валы).

В результате длительного воздействия переменных нагрузок прочность металла уменьшается и деталь, конструкция или инстру­мент разрушается. Разрушение металла часто наступает при напря­жениях, которые значительно меньше, чем предел прочности, а иногда даже меньше, чем предел текучести.

Способность металлов сопротивляться усталостному разруше­нию называется усталостной прочностью (выносливостью).

Пока­зателем ее является предел усталости (выносливости), который определяют в ходе испытания на специальных машинах. Испытания проводят на переменный изгиб, растяжение-сжатие и кручение.

Чаще всего применяют способ испытания изгибом при вращении (рис. 4). В этом случае один конец образца закрепляют в патроне, а к другому через шарикоподшипник подвешивают груз. При вра­щении наружные волокна образца попеременно будут испытывать растягивающие и сжимающие усилия. При достижении некоторого числа перемен (циклов) образец разрушается. Число циклов опре­деляют по установленному на станке счетчику.

Рис. 4. Схема испытания образца на усталост­ную прочность: 1 —

патрон станка; 2 — образец;

Подшипник качения

Пределом усталости

металлов называется максимальное напря­жение, при котором образец еще выдерживает неограниченное чис­ло циклов, не разрушаясь. Пределы усталости обозначают:

при из­гибе — σ-1;

при растяжении-сжатии — σ-1p;

при кручении — τ-1.

Между пределом усталости и пределом прочности существует следующая приблизительная зависимость:

σ-1 == 0,47σв; σ-1p =

0,32σв; τ-1 = 0,22σв.

Усталостная прочность зависит от значения переменных напря­жений, состояния поверхностей деталей и других факторов. Ее сле­дует учитывать при создании, например, быстроходных судов, сверх­звуковых самолетов, космических кораблей, мощных турбин, испы­тывающих при эксплуатации переменные нагрузки.

Металлы, работающие в сложных условиях, испытывают при повышенных и пониженных температурах, в условиях коррозии, при истирании и т. д.

Технологические свойства

характеризуют способность металлов поддаваться технологической обработке, целью которой является придание металлам определенных форм, размеров и свойств. К ним относятся: литейные свойства, ковкость, свариваемость, прокаливаемость, обрабатываемость резанием и др. Поведение металла при технологической обработке определяют по технологическим пробам.

Технологические пробы применяют главным образом для опре­деления пригодности материала к тому или иному способу обра­ботки. О результатах технологических испытаний судят по состоя­нию поверхности после испытания (отсутствие трещин, надрывов, изломов). Наиболее распространены следующие технологические пробы: на изгиб в холодном и нагретом состоянии; на перегиб и выдавливание; на осадку; на раздачу и обжатие труб; искро­вая.

К физическим свойствам

металлов и сплавов относятся: плот­ность, температура плавления, теплопроводность, электро-провод­ность, тепловое расширение, удельная теплоемкость и способность намагничиваться (табл. 1).

Химические свойства

— способность металлов и сплавов сопро­тивляться воздействию окружающей среды, которое проявляется в различных формах. Под влиянием кислорода воздуха и влаги ме­таллы подвергаются коррозии: чугун и сталь ржавеют; бронза покрывается зеленым слоем оксида меди; сталь при нагреве в печах без защитной атмосферы окисляется, превращаясь в окалину, а в серной кислоте растворяется.

Металлы и сплавы, стойкие против окисления при высокой тем­пературе нагрева, называются жаростойкими или окалиностойкими. Из них изготовляют такие детали, как клапаны двигателей внутрен­него сгорания и др. Золото, серебро и нержавеющие стали слабо поддаются коррозии.

⇐ Предыдущая2Следующая ⇒

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Технологические свойства металлов | Металлургия

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.

Хорошая обрабатываемость связана со следующим:

(i) Высокая скорость резания.

(ii) Низкое энергопотребление.

(iii) Хорошее качество поверхности.

(iv) Удаление материала с умеренным усилием.

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

(vi) Образование мелких сколов.

Обрабатываемость зависит от следующих факторов:

(i) Химический состав материала заготовки.

(ii) Микроструктура.

(iii) Механические свойства.

(iv) Физические свойства.

(v) Условия резания.

(vi) Свойства охлаждающей жидкости.

(vii) Подача и глубина резания.

(viii) Вид и форма режущего инструмента.

(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.

Следующие критерии могут учитываться при оценке обрабатываемости:

(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 добавлением небольшого количества некоторых 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 указана 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 определить, определив поведение металла при плавлении и охлаждении, по чувствительности к трещинам и надрезам или сравнивая эффекты 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.

Какими свойствами обладают инженерные материалы? – Рампфестудсон.ком

Каковы свойства инженерных материалов?

Механические свойства инженерных материалов

  • Прочность.
  • Прочность.
  • Твердость.
  • Прокаливаемость.
  • Хрупкость.
  • Пластичность.
  • Пластичность.
  • Ползучесть и скольжение.

Каковы 7 свойств материалов?

Физические свойства материалов

  • плотность.
  • температура плавления.
  • теплопроводность.
  • электропроводность (удельное сопротивление)
  • тепловое расширение.
  • коррозионная стойкость.

Каковы 8 свойств материалов?

Описание некоторых общих механических и физических свойств предоставит информацию, которую разработчики продукта могут учитывать при выборе материалов для данного применения.

  • Проводимость.
  • Коррозионная стойкость.
  • Плотность.
  • Пластичность / ковкость.
  • Эластичность/жесткость.
  • Прочность на излом.
  • Твердость.
  • Пластичность.

Каковы свойства материалов?

К свойствам материала относятся размер, форма, плотность частиц и присущие им механические свойства (модуль Юнга, предел текучести, вязкость разрушения и т. д.

Какими свойствами обладают инженерные материалы, используемые в инженерных мастерских?

Литейность, обрабатываемость, свариваемость и обрабатываемость являются одними из важных технологических свойств металлов и сплавов.Из всех таких свойств физические свойства и механические свойства особенно важны для инженера-строителя.

Каковы свойства и применение инженерных материалов?

Он иллюстрирует, как инженеры должны учитывать свойства материалов, используемых в производстве, например. спортивный инвентарь и здания. К ним относятся прочность, плотность, ударная вязкость, пластичность и сопротивление усталости. Сплавы, как правило, тверже, прочнее и лучше противостоят коррозии, чем чистые металлы.

Каковы 6 свойств материалов?

Внешний вид, поведение, название, структура, цвет, порядок, состав и любая информация о веществе являются свойствами материала. В нашей повседневной жизни мы используем очень много предметов, сделанных из разных материалов. Некоторые предметы сделаны более чем из одного материала, например, мыло.

Какие три свойства материалов?

Четыре свойства материала: масса, ударная вязкость, твердость и ковкость. ОБЪЯСНЕНИЕ: Материалы встречаются в природе в зависимости от их компактности.Материалы подразделяются на три распространенных состояния, в которых они присутствуют: твердые, жидкие и газообразные.

Какие свойства материалов объясните на примерах?

Физические свойства относятся к свойствам, которые можно наблюдать или измерять без изменения состава материала. Примеры включают цвет, твердость и запах, а также точки замерзания, плавления и кипения. Химические свойства обнаруживаются путем наблюдения за химическими реакциями.

Каковы четыре свойства материала?

Четыре свойства материала:

  • Твердость.
  • Пластичность.
  • Пластичность.
  • Хороший проводник тепла и электричества.

Какие инженерные материалы объяснить различные типы инженерных материалов и их свойства?

Основная функция инженерного материала — выдерживать приложенную нагрузку без разрушения и чрезмерного прогиба. Основные классификации инженерных материалов включают металлы, полимеры, керамику и композиты.

Какие четыре свойства материалов?

Металлургия — обзор | ScienceDirect Topics

Легирующие элементы добавляются в деформируемые сплавы в количествах от 1 до 7% (в процентах по массе) и в более высоких количествах, до 20% кремния, в литейные сплавы.Этими элементами являются медь, магний, марганец, кремний и цинк.

Некоторые из этих элементов могут быть добавлены одновременно: кремний и магний для литейных сплавов серии 40000, магний и кремний для деформируемых сплавов серии 6000, цинк и медь для сплавов серии 7000. Легирующие элементы определяют общие основные свойства сплавов, принадлежащих к одной серии.

Обозначение алюминиевых сплавов

Обозначение алюминиевых сплавов зависит от легирующего элемента.

Для деформируемых сплавов числовое обозначение Алюминиевой ассоциации (АА), основанное на четырехзначном числе, становится все более популярным в Европе с 1970 года. Первая цифра всегда указывает серию сплава (таблица А.3.2) .

Таблица А.3.2. Серия алюминиевых сплавов

легирующий элемент серии литейных сплавов серии из деформируемых сплавов
None 10000 1000
Медь 20000 2000
Марганец 3000
кремния 40000 4000
Магний 50000 5000
магния и кремния 6000
цинка (и меди) 70000 7000

Это обозначение было принято в европейском стандарте EN 573, который основан на двух различных системах обозначений:

-цифровому номеру (и любой суффиксной букве A или X) предшествует EN AW (европейская норма кованого изделия), например, EN AW-3003;

второй основан на химических символах: они заключены в квадратные скобки, т.е.грамм. [AlMn1Cu]. Эта система, напоминающая обозначение ISO, постепенно упраздняется.

Формально поэтому согласно стандарту EN 573 полное обозначение деформируемого сплава

Для упрощения деформируемые алюминиевые сплавы обозначаются в этом томе только четырехзначным числом, за которым следует, при необходимости , буквой, почти всегда «А», которая обозначает национальный вариант, например 1050А.

Только первая цифра имеет практическое значение.Обозначает серию, к которой принадлежит сплав. Например, все сплавы серии 5ХХХ являются сплавами с магнием.

Недавно европейский стандарт EN 1780 ввел систему числового обозначения литейных сплавов, которая основана на тех же принципах, что и для деформируемых сплавов, но использует пятизначные числа без пробела (таблица А.3.2). Это новое обозначение заменяет буквенно-цифровое обозначение, указанное в таблице А.3.3, которое используется только во Франции.

Таблица А.3.3. Буквенно-цифровое обозначение литейных сплавов

Элемент Обозначение
Бериллий Be
Хром С
Кобальт К
Медь U
магния G
Марганец М
Никель Н
кремния S
титана Т
Цинк Z

Согласно старому французскому стандарту NF A 02–400 каждый легирующий элемент и добавка обозначались буквой.

После буквы «А» легирующие элементы располагаются в порядке убывания концентрации. За их символом следует номинальная концентрация этого элемента. Когда эта концентрация составляет от 0 до 1%, 0 предшествует соответствующей цифре.

Например, A-S7G03 используется для обозначения сплава, содержащего 7 % кремния и 0,3 % магния, а A-G3T обозначает сплав, содержащий 3 % магния и небольшое количество титана.

Международные металлы и материалы | Дом

Metals and Materials International публикует оригинальные статьи и периодические критические обзоры по всем аспектам исследований и технологий в области материаловедения: металловедение, материаловедение и обработка металлов и других материалов.Особое внимание уделяется тем аспектам материаловедения, которые касаются взаимосвязей обработки, структуры и свойств (механических, термических, химических) металлов и других технических материалов (кроме полимерных и архитектурных материалов). Аспекты обработки включают плавление, литье, формование и аддитивное производство и изготовление с термодинамикой, кинетикой и моделированием. Вклады с упором на обработку приветствуются, но особенно ожидается, что они будут касаться ее влияния на микроструктуру и свойства.

  • Представляет оригинальные статьи по ряду актуальных тем материалов и металлов
  • Покрытие фокусируется на отношениях между обработкой, структурой и свойствами материалов
  • Рассматривает аспекты обработки, включая плавку, литье и изготовление

Информация журнала

Главный редактор
Издательская модель
Гибрид (Трансформационный журнал).Как публиковаться у нас, в том числе в открытом доступе

Показатели журнала

3,642 (2020)
Импакт-фактор
2,541 (2020)
Пятилетний импакт-фактор
5 дней
Представление к первому решению (медиана)
219 929 (2021)
Загрузки

Общества, партнеры и объединения

База данных материалов — 10 лучших ресурсов по инженерным материалам в Интернете — Материалы и технические ресурсы

База данных материалов — отличный способ хранить данные о материалах в соответствии с их типом, физическими характеристиками, механическими свойствами и стандартной классификацией.Это делает базы данных материалов отличным инструментом для любого инженера, а с появлением Интернета они стали доступны всем и отовсюду — еще один мощный инструмент в арсенале инженера, который стал легко доступным. Ниже приведен список 90 669 из 10 лучших среди сотен существующих, так что не забудьте добавить эту страницу в закладки на всякий случай. Обратите внимание, что это не спонсируемый пост, поэтому я попытался выбрать лучшие базы данных онлайн-материалов на основе их функций поиска, размера базы данных, удобства использования, объема информации и других полезных функций.Более того, у каждого из следующих веб-сайтов есть свои сильные стороны, поэтому все они лучше всего подходят для разных категорий инженеров.

Matmatch предлагает обширную базу данных металлов, полимеров, композитов и керамических материалов. Использование совершенно бесплатно и предлагает полезный инструмент поиска, который позволяет находить материалы по их названию, типу материала или свойствам. Он содержит химические, механические, термические, электрические и оптические свойства для тысяч материалов, включая коммерчески доступные материалы от поставщиков, и регулярно пополняется новыми материалами.Он также предлагает дополнительные функции, такие как диаграмм Эшби. Более того, поскольку Matmatch работает напрямую с поставщиками материалов, вы можете связаться с поставщиками напрямую на платформе , чтобы задать вопросы об их материалах.

 

 

Это веб-сайт одного из крупнейших онлайновых научных и инженерных сообществ в мире, поэтому вполне ожидаемо найти на нем богатую базу материалов. Они не только предлагают богатую базу данных сплавов, которая классифицирует различные сплавы по их классификации материалов или компаниям, которые их продают, но также предлагают базу данных анализа отказов для различных материалов, базу данных медицинских материалов, базу данных микрофотографий и база данных материалов для коррозионного анализа.

 

 

Material Connexion предлагает обширную базу данных о полимерах, стекле, керамике, цементных, углеродных и металлических материалах, полную деталей и изображений для каждой записи. Вы можете искать материалы по названию, по их физическим или механическим характеристикам или даже по их устойчивости и доступности. Единственным обязательным условием и недостатком является то, что вам придется подать заявку на членство перед доступом к базе данных, но это того стоит.

 

 

Materials Web представляет собой большую базу данных структурных, электронных и термодинамических данных для материалов, просматриваемых в режимах 2D или 3D. Благодаря мощному API, который позволяет вам писать код Python, который поможет вам охарактеризовать любой материал. Более ориентированный на тех, кто создает и работает в области исследований и разработок, он по-прежнему остается отличным инструментом для поиска материалов других через их онлайн-платформу после входа в нее.

 

 

UL Prospector предлагает доступ к огромным базам данных материалов, которые классифицируются по типу и области применения.Подробная информация о каждом материале действительно впечатляет, она содержит даже описание истории конкретного материала, его спецификацию, компанию, которая владеет правами на его распространение, и детали розничной продажи. С точки зрения инженера очень важны такие категории, как металлы, пластмассы, покрытия, смазочные материалы, уплотнительные материалы и промышленные очистители.

 

 

Веб-сайт проекта «Материалы» представляет собой интерактивный исследовательский сайт, который подходит как для повседневного просмотра, так и для образовательных целей.Возможности поиска поистине ошеломляют благодаря комбинации элементов, поиску по мере ввода, поиску по формуле, коммерческим идентификаторам или даже типу кристаллической структуры. База данных даже предлагает отдельные категории для батарей, кристаллов и молекул. Этот веб-сайт в основном ориентирован на исследование и оценку физических свойств различных материалов, поэтому он имеет особую практическую ценность для определенных технических категорий.

 

 

Этот веб-сайт представляет собой огромную базу данных химических структур, связанных с другими отдельными базами данных из других источников.В результате в распоряжении посетителя находится ошеломляющее количество 58 миллионов элементов, которые можно найти по идентификатору, имени, торговой марке или даже регистрационному номеру. Поисковая система работает по принципу «поиск по мере ввода», а результаты содержат физические свойства, прогнозный анализ программного обеспечения, спектры, поставщиков расходных материалов и т. д. база данных материалов металлических сплавов, полимеров и керамики, в которой основное внимание уделяется механическим свойствам каждого материала, его термическим свойствам, а также предоставлены наиболее распространенные и полезные расчеты для них.Примеры включают жесткость по отношению к весу и прочность по отношению к весу как на изгиб, так и в осевом направлении, а также стойкость к тепловому удару. Состав сплава также представлен на интуитивно понятной диаграмме, как и все виды данных на этом веб-сайте, в котором используется четкая цветовая палитра и дизайн в целом, что упрощает просмотр. К сожалению, функции поиска нет, но сайт MakeItFrom по-прежнему остается отличным ресурсом для современного инженера.

 

 

Веб-сайт Национального института материаловедения содержит богатый набор баз данных для инженерных целей в зависимости от их назначения и свойств.Здесь вы можете найти технические данные о последних материалах, созданных в лаборатории, их свойствах специального назначения и их подробный анализ. Чтобы получить доступ ко всему, вам нужно будет войти в базу данных, а для распечатки листов данных вам потребуется специальное разрешение, но это все же выполнимо, если вам это нужно.

 

 

MatWeb представляет собой большую базу данных материалов с возможностью поиска, классифицированных по их физическим свойствам, составу сплава, типу материала, производителю, торговой марке или даже номеру UNS.Это практически очень полезно для людей, которые хотят найти что-то, что было выпущено и фактически использовалось на рынке, содержащее более 120000 записей в базе данных.

 

 

Наконец, база данных материалов Matdat — это еще одна онлайн-база данных материалов, ориентированная на инженеров, которая содержит более тысячи листов данных для стали, алюминия, чугуна и титановых сплавов. Результаты ориентированы на практическую инженерию, при этом механические свойства находятся на первом плане и представлены в красиво отформатированном и загружаемом PDF-файле.Наконец, я также должен отметить уникальную функцию поиска Matdat, которая позволяет его посетителям устанавливать стандарты, такие как ISO, SAE и ASTM, и точное обозначение.

Какими свойствами обладают металлы? Физические, химические и механические свойства

Каковы свойства металлов? много раз мы задавали этот вопрос, ведь у каждого металла есть свои физические и химические свойства!

В этой статье мы подробно изучим все эти свойства! давайте исследовать!

Каковы свойства металлов?

Начнем с основ свойств металлов! В повседневной жизни нас окружает множество металлов и неметаллов.С утра до ночи мы пользуемся различными приспособлениями, изготовленными из определенного материала.

Каждый выбор материала имеет свои причины.

  • Почему мы так ценим золото и серебро?
  • Почему железо, которое также является металлом, такое дешевое?
Какие свойства металлов физико химические механические основы

Железо используется в садовых инструментах, таких как серпы и т. д. Но сталь используется для производства автомобилей, а алюминий используется в самолетах.

Физические и химические свойства металлов

Многие кухонные принадлежности сделаны из металлов, а их ручки из пластмассы или резины.

  • Колокола в храмах сделаны из металлов, которые издают разные звуки.
  • Все металлы, которые мы видим, имеют твердую природу, но ртуть в термометре имеет жидкую природу.
  • Все эти конкретные применения основаны на определенных свойствах.
  • Переходя к инженерному аспекту, мы всегда предпочитаем сталь железу в строительстве. Сейчас сплавы предпочтительнее металлов.

Почему? У металлов тоже есть свои ограничения, и они преодолеваются особыми процессами, поскольку разные металлы обладают разными свойствами.

Эти свойства могут быть,

  • Физические свойства
  • Химические свойства
  • Механические свойства

Давайте рассмотрим свойства металлов и их ограничения, чтобы узнать этот ответ.

Металлы проходят долгий процесс, прежде чем мы видим их форму. Металлы добываются из шахт в виде руд. В нем много примесей, которые удаляются многими процессами, такими как окисление, восстановление, прокаливание, обжиг и плавка.Позже металлы рафинируют и вводят в употребление.

Элементы обычно делятся на 2 группы

Здесь мы в основном обсудим физические, химические и механические свойства металлов.

Каковы физические свойства металла?

Физические свойства металлов

Свойства металлов, которые могут быть выражены физической системой и поддаются измерению, известны как физические свойства металлов.

Существует множество физических свойств металлов, а именно:

Пластичность

  • Проще говоря, способность материала сбиваться в тонкий лист.
  • Благодаря этому получаются только тонкие поверхности.
  • Металлы можно прокатывать.
  • Серебряная фольга, алюминиевая фольга являются некоторыми примерами.
Физические свойства металлов ковкость

Пластичность

  • Проще говоря, из металла можно вытянуть проволоку.
  • Серебряные и золотые украшения возможны по этой причине.
  • Медь используется для изготовления линий электропередач.

Звонкий

  • Проще говоря, это свойство издавать звук после удара.
  • Школьные звонки, музыкальные инструменты являются примерами.

Блеск

  • Падающий свет отражается металлами, и это называется блеском.
  • Имеют блестящую поверхность. Они действуют как отражатель. Золото, серебро, платина — вот некоторые примеры.

Физическое состояние

  • Металлы обычно находятся в твердом состоянии при комнатной температуре.
  • Единственным исключением является ртуть.
  • Некоторые металлы настолько мягкие по своей природе, что их можно резать ножом.Бывший натрий, калий.

Плотность

  • Это отношение массы к объему.
  • Как правило, все металлы имеют плотную природу.

Проводимость

  • Металлы обладают высокой проводимостью, электроны быстрее и легче проходят через металл.
  • Металлы являются отличными проводниками, так как они могут легко проводить как тепло, так и электричество.

Пример. Мы используем медные провода, потому что они обеспечивают меньшее сопротивление потоку электронов.

Свойства металлов меди

Поскольку атомы плотно упакованы в металлах, благодаря этому энергия передается очень быстро, когда один атом начинает вибрировать, это приводит к следующему, и так продолжается. Таким образом, металл нагревается за счет процесса проводимости.

В то время как структура атома такова, что валентность у них 1, 2, 3. Значит есть эти валентные электроны, вращающиеся вокруг ядра. Таким образом, становится легко потерять такой электрон, чтобы сформировать октет, и, следовательно, металлы электроположительны по своей природе.Эти валентные электроны только обеспечивают перемещение электрического тока. Ток есть не что иное, как поток электронов.

Каковы химические свойства

металлов ?

Химические свойства металлов

Химические свойства металлов — это просто свойства, связанные с химической структурой и наблюдаемые только посредством химических реакций.

Давайте посмотрим на различные химические свойства металлов, как показано ниже

Реакция с кислотами

  • Металлы реагируют с кислотами с выделением H 2 газа, создающего хлопающие звуки.

Реакция с основанием

  • Алюминий и цинк реагируют с обычными основаниями.
  • Здесь также металлы обычно выделяют газ H 2 .

Реакция с водой

  • Гидроксиды образуются при взаимодействии металлов с водой.
  • Эти гидроксиды являются основными по своей природе.
  • Некоторые реакции по своей природе очень медленные, например, взаимодействие железа с водой.
  • Некоторые металлы реагируют только с горячей водой.Бывший мг. с образованием гидроксида магния.
  • Но некоторые металлы очень реакционноспособны и даже вызывают взрывы при взаимодействии с водой, поэтому их хранят в керосине. Ex Натрий

Реакция с кислородом

  • Такие реакции также называют окислением. Оксиды образуют на материале защитный слой, который, в свою очередь, предохраняет их от дальнейшего окисления.
  • Некоторые реакции очень бурные. Калий или натрий загораются на открытом воздухе.
  • Металлы реагируют с кислородом с образованием оксидов.Как правило, эти оксиды являются основными по своей природе. Ex CaO, MgO.
  • Хотя некоторые из них являются амфотерными по своей природе, это означает, что они реагируют как с кислотами, так и с основаниями. Ex Al 2 O 3 , Fe 2 O 3
  • Пример – ржавление железа является распространенным примером.

Реактивность

В реакции замещения высокоактивный металл всегда вытесняет в химической реакции менее активный металл.

Fe (железо) + CuSO 4 (сульфат меди) → FeSO 4 (сульфат железа) + Cu (медь)

Благородные металлы

Серебро и золото — это металлы, находящиеся в нижней части ряда реактивности.Они нереакционноспособны по своей природе и, следовательно, не реагируют с водой, кислотами и основаниями.

Свойства металлов – Благородные металлы

Они химически нейтральны. Как они встречаются в Свободном государстве в природе. Поэтому их называют благородными металлами.

Металлоиды

Некоторые элементы, обладающие свойствами как металлов, так и неметаллов, называются металлоидами. Бывший бор, кремний, германий, сурьма, мышьяк.

Реактивность

Реактивность постепенно уменьшается следующим образом,

  • K — Самый реактивный металл
  • Na
  • CA
  • MG
  • MG
  • AL
  • AL
  • AL
  • ZN (Уменьшение реактивности)
  • Fe
  • Pb
  • H
  • Cu
  • Hg
  • AG
  • AU — наименее реагирующий металл

Механические свойства

металлов

Как следует из названия, механические свойства металлов определяются как свойства, отражающие поведение металлов по отношению к приложению внешних сил.

Рассмотрим несколько наиболее важных механических свойств металла, а именно:

Прочность

  • Это способность материала, благодаря которой он пытается оказывать сопротивление, не подвергаясь разрушению приложенным извне силам, вызывающим стресс в организме.
  • Существует много типов прочности в зависимости от приложения силы и напряжений, возникающих в материале.
  • Это может быть прочность на растяжение, прочность на сжатие или прочность на сдвиг.

Эластичность

  • Способность материала приобретать свою первоначальную форму после устранения приложенной извне силы.
  • Ex Все металлы обладают упругостью, за некоторыми исключениями.

Пластичность

  • Способность материала не приобретать свою первоначальную форму после устранения приложенной извне силы.
  • Ex Металл становится пластичным, когда его деформация выходит за пределы его предела.Его внутренняя атомная структура постоянно смещена.

Жесткость

  • Способность материала сопротивляться внешней силе и не деформироваться.
  • Ex – Все металлы проходят эту деформацию. Но они оцениваются на основе того, какой материал имеет тенденцию к наименьшей деформации.
  • Это свойство измеряется модулем упругости.

Устойчивость

  • В соответствии с этим свойством материал поглощает количество энергии, когда он нагружен под действием приложенной силы, и высвобождает ее, когда он разгружается.
  • Ex Материал, способный поглощать больше энергии в пределах предела упругости без какой-либо остаточной деформации.
  • Измеряется модулем упругости.

Прочность

  • В соответствии с этим свойством способность материала, который пытается поглощать энергию до того момента, когда он разрушается.
  • В основном материал подвергается изгибу, скручиванию, растяжению, прежде чем разорвется.
  • Ex Все компоненты, которым приходится сталкиваться с ударными нагрузками, должны иметь высокую ударную вязкость.

Пластичность

  • В соответствии с этим свойством материал может сильно деформироваться под действием сжимающей силы без образования трещин. В общем, забей в простыню.
  • Ex Metals, сталь прокатывают в пакеты с применением процесса прокатки. Прокатка, ковка, прессование, штамповка — все эти процессы возможны благодаря этому свойству.

Пластичность

  • В соответствии с этим свойством материал может сильно деформироваться под действием растягивающей силы без образования трещин.По сути, это означает быть втянутым в проволоку.
  • Ex Золото, серебро, медь обычно втягиваются в провода. Все те материалы, которые деформируются до пластичности, все равно вытягиваются в проволоку до тех пор, пока она не сломается.

Твердость

  • Способность материала сопротивляться остаточной деформации или проникновению.
  • По сути, это означает, что материал устойчив к порезам, деформации, царапанью и истиранию.
  • Пример – важно там, где есть трение и постоянный износ.

Не путайте металлы и неметаллы, оба элемента имеют много различий. Давайте посмотрим разницу!

Металлы против неметаллов

9 9
Параметр Металлы неметаллов
Внешний вид Luster Не блестящий
Твердость Hard Soft
ковкого Избитые в Лист не может
Двигал, нарисованные в проводе не могут
Теплопроводность Хорошая проводимость плохая проводимость плохая проводимость
Проводимость электроэнергии Хорошая проведение, кроме ртути, которая плохая проводник Плохая проводимость За исключением графита, который является хорошим проводником. Обычно твердые и газообразные при комнатной температуре. Кроме брома.
Температура плавления и кипения Обе точки высокие, за исключением галлия и цезия Обе точки за исключением алмаза и графита S и D Блок Правая сторона P блок
High Высокий Низкий Низкий Редукционные агенты Окислительные агенты Окислительные агенты Окисление
Оксиды Basic Кислотный или нейтральный
Обмен электронами Электроположительные – отдают электрон Электроотрицательные – отбирают электрон

Структура металлов

Металлическая структура обычно имеет кристаллическую природу.Это структура, в которой атомы расположены повторяющимися или периодическими массивами на больших расстояниях. Внутренняя структура ясно показывает, что атомы плотно упакованы и структурированы определенным образом.

Поскольку металл состоит только из одного материала, все атомные радиусы одинаковы по длине. Связь между ними не является направленной. Поскольку расстояние между ближайшими атомами меньше, энергия передается быстро и легко.

В РЕШЕТКЕ видна структура металла, представляющая собой трехмерный массив точек, совпадающий с положением атома.Его структура может быть шестиугольной, четырехугольной, кубической и т. д.

Каковы основные проблемы с металлами?

Проблемы с металлами

Коррозия

  • Как известно, металлы подвергаются окислению, что влияет на здоровье металла и срок его службы.
  • Ex медь приобретает зеленоватый цвет при длительном воздействии воздуха с влагой.
  • Это покрытие представляет собой оксид меди, который позже превращается в карбонат меди.
Свойства коррозии металлов

Ржавчина

  • Это особый термин, используемый для обозначения окисления железа.
  • Fe2O3 представляет собой оксид, образующийся на железе, который имеет красноватый цвет.
  • Наличие воздуха и воды обязательно.
  • Влияет на металлическое оборудование, поэтому ржавления можно избежать с помощью многих методов, таких как окраска, легирование и т. д.

Растворы для металлов

Окраска

  • Это одна из самых распространенных практик.
  • Железные двери, перила обычно покрыты краской.
  • Таким образом, металл и атмосфера не соприкасаются из-за наличия между ними краски, а свойства металла сохраняются от дальнейшего ухудшения.

Цинкование

  • Используется металлический цинк, который используется для нанесения покрытия на слой металла.
  • Оцинкованные листы используются для изготовления временных крыш. Наиболее важное использование в судоходной отрасли.
  • Корпус корабля всегда находится в воде и подвергается коррозии в больших масштабах.
  • Влияет на его жизненный цикл, поэтому все корабли в обязательном порядке оцинковываются как минимум снизу.
  • Бочки, контейнеры, крышки люков, как правило, оцинкованы.
Свойства цинкования металлов

Смазка и смазка

  • Масло и смазка наносятся на постоянно трущиеся детали для уменьшения трения.
  • Этот процесс также помогает в случае железных предметов избежать ржавчины.

Легирование

  • Сплав представляет собой однородную смесь двух металлов или неметаллов в определенной пропорции, обладающую очень специфическими свойствами в зависимости от составляющих ее компонентов.
  • Сплав имеет свойства, отличные от свойств компонентов.

Пример – латунь, бронза, нержавеющая сталь

  • Железная посуда будет ржаветь, но сплав никеля и хрома сделает ее нержавеющей сталью. Который не будет ржаветь, будет иметь высокую прочность и блестящую поверхность.
  • Сплавы используются для уменьшения конструктивных ограничений. 24-каратное золото нельзя использовать для изготовления украшений, потому что оно будет очень хрупким. Следовательно, медь сплавляется с ним, чтобы придать привлекательную и сложную форму, а также прочность.Следовательно, мы обычно видим, что золото имеет вес 22 карата.
  • Гальваническое покрытие

На металлы наносится гальваническое покрытие с применением закона Фарадея. Двумя электродами, погруженными в водный раствор, при пропускании электрического тока происходит напыление одного металла на другой. Это создает слой менее реактивного металла поверх высокореакционноспособного металла.

Анодирование

  • В этом процессе на целевом металле образуется толстый оксидный слой алюминия.
  • Это покрытие из оксида алюминия делает его очень устойчивым к дальнейшей коррозии.
  • Во время анодирования чистое алюминиевое изделие обязательно действует как анод и подвергается электролизу с разбавленной серной кислотой.
  • Выделившийся газообразный кислород вступает в реакцию с алюминием, образуя более толстый защитный оксидный слой.

Общее применение металлов

  • Медь и алюминий используются для изготовления проводов. Из-за своей электроположительной природы и валентности они являются лучшими кандидатами для проводов электрических цепей.
  • Цинк используется для оцинковки железного материала для защиты железа от ржавчины.
  • Ювелирные изделия изготавливаются из серебра, золота и платины.
  • Такие металлы, как железо, медь и алюминий, используются для производства кухонной утвари и промышленного оборудования.
  • Ртуть используется в термометрах, поскольку она очень чувствительна к изменению температуры.
  • Металлы используются для изготовления оборудования, измерительных приборов и наборов инструментов.

Специальные области применения металлов

Яркие приложения в основном зависят от основных свойств металлов.В соответствии с этими свойствами мы обеспечиваем применение металлов.

Металлы с высокой конструкционной прочностью

Эти металлы используются для защиты от ударов и больших нагрузок. Помимо этого, он также обладает высокой устойчивостью к сдвигу, деформации и крутящему моменту. Однако есть вероятность, что при превышении нагрузки эти металлы могут деформироваться.

Прочность и упругость сердцевины

Эти свойства позволяют использовать металлы в строительстве мостов и высотных зданий.В дополнение к теплу, прочность и устойчивость также помогают в производстве транспортных средств, приборов, труб, несветовых знаков, инструментов и железнодорожных путей.

Хороший проводник электричества

Электропроводность металлов позволяет использовать их в электроприборах и для проведения электрического тока. Электрические сети используют их в изобилии.

Теплопроводность

Это свойство делает его вполне пригодным для изготовления сосудов или контейнеров, выдерживающих нагрев.Они также используются для изготовления радиаторов, которые обеспечивают защиту чувствительного оборудования.

Высокая отражающая способность

Металлы с высокой отражательной способностью в основном используются для изготовления точных астрономических инструментов и зеркал. Это также помогает использовать металлы в изготовлении металлических украшений.

Радиоактивный

Некоторые металлы, обладающие радиоактивными свойствами, используются на атомных электростанциях.Здесь основное использование для производства энергии путем ядерного деления.

Память формы

Это свойство помогает использовать металлы для изготовления труб, крепежных деталей и сосудистых стентов.

Давайте рассмотрим несколько наиболее широко используемых металлов в зависимости от их свойств,

  • Литой металл – используется для процесса литья. Бывшее литье из чугуна.
  • Кованый металл – используется для доработки после литья. Бывший чугун, кованое железо.
  • Металлический порошок – применяется в порошковой металлургии.
Металл Использование в сплаве
Алюминий Малый вес и высокая прочность, используется в самолетах.
Магний Хорошее соотношение прочности и веса для компонентов ракет.
Медь и бериллий Высокая прочность пружины.
Титан Устойчивость к коррозии.
Никель Способность противостоять коррозии и выдерживать высокие температуры.
Вольфрам Высокая жесткость и термостойкость, поэтому используется в инструментальных сплавах.

Заключение

Таким образом, мы получили основное представление о физических и химических свойствах металлов. Пожалуйста, не стесняйтесь писать нам, в случае каких-либо сомнений!

Дальнейшее изучение

Вы также можете прочитать,

Информационный ресурс онлайн-материалов — MatWeb

MatWeb, ваш источник информации о материалах

Что такое МатВеб? MatWeb база данных свойств материалов с возможностью поиска включает в себя технические паспорта термопластичных и термореактивных полимеров, таких как АБС, нейлон, поликарбонат, полиэстер, полиэтилен и полипропилен; металлов, таких как алюминий, кобальт, медь, свинец, магний, никель, сталь, суперсплавы, сплавы титана и цинка; керамика; плюс полупроводники, волокна и другие инженерные материалы.

Преимущества регистрации в MatWeb
Премиум-членство Функция: — Данные о материалах экспорт в программы CAD/FEA, включая:

Как найти данные о свойствах в MatWeb

Нажмите здесь, чтобы узнать, как войти материалы вашей компании в MatWeb.

У нас более 155 000 материалы в нашей базе данных, и мы постоянно добавляем к этому общему количеству, чтобы обеспечить Вам доступен самый полный бесплатный источник данных о свойствах материалов в Интернете. Для вашего удобства в MatWeb также есть несколько конвертеров и Калькуляторы, которые делают общие инженерные задачи доступными одним щелчком мыши. кнопки. MatWeb находится в стадии разработки.Мы постоянно стремимся найти лучшее способы служить инженерному сообществу. Пожалуйста, не стесняйтесь свяжитесь с нами с любыми комментариями или предложениями.

База данных MatWeb состоит в основном из таблиц данных и спецификаций, поставляемых производителями и дистрибьюторами — дайте им знать, что вы видели их данные о материалах на Матвебе.


Рекомендуемый материал:
Отрицательный КТР Сплав




.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.