Механические и химические свойства металлов: Глава 1. Металлические материалы / Глава 1.2. Основные свойства металлов и сплавов — Купити в Харкові, Києві, Україні. Безкоштовне тестування

Глава 1. Металлические материалы / Глава 1.2. Основные свойства металлов и сплавов — Купити в Харкові, Києві, Україні. Безкоштовне тестування

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

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

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

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

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

Ковкость — способность металла и сплава обрабатываться путем пластического деформирования.

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

Прокаливаемость — способность металла и сплава закаливаться на определенную глубину.

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

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

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла и сплава заполнять литейную форму.

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

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

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

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

Температура плавления — это температура, при которой металл или сплав целиком переходят в жидкое состояние.

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

Теплоемкость — количество теплоты, необходимой для повышения температуры тела на 1 °С.

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

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

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

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

Между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля существует аналитическая связь

где μь — магнитная проницаемость вакуума.

Для ферромагнетиков (сплавов, способных намагничиваться до насыщения в малых магнитных полях) b = μНтμв, где μ= 1 + χ — коэффициент магнитной проницаемости.

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

Основными параметрами начальной кривой и петли гистерезиса являются остаточная индукция br, коэрцитивная сила Hc, напряженность насыщающего поля Нн и намагниченность насыщения Мs, По начальной кривой определяется кривая магнитной проницаемости, в которой основными точками являются начальная магнитная проницаемость μ0 и максимальная магнитная проницаемость μmax .

Наибольшее значение индукции на петле гистерезиса называется индукцией насыщения b3 .

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

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

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

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

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

• Попередня
• Наступна

Свойства металлов: химические, физические, технологические

Содержание:

Химические свойства

Физические свойства

Механические свойства

Технологические свойства

Интересные факты

Видео

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

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

ru

Химические свойства

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

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

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

Физические свойства

Среди основных общих физических свойств металлов можно выделить:

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

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

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

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

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

Механические свойства

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

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

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

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

Способность металла менять форму под внешним воздействием называется пластичностью.

Технологические свойства

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

Среди основных технологических свойств можно выделить:

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

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

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

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

Свойство металла закаливаться называется прокаливаемостью.

Интересные факты

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

Видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

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

Страница про автора

Схожі записи:

Обзор механических свойств металлов

В металлообрабатывающей промышленности механические свойства играют огромную роль при выборе подходящего сплава для каждой работы. В процессе литья и механической обработки, а также в течение срока службы изделия выбранный материал будет подвергаться воздействию многих внешних сил. Производители должны создавать продукты, которые работают должным образом на каждом этапе пути. Зная механические свойства, специалисты-производители могут сделать правильный выбор материалов и процессов.

Механические свойства описывают, как материал реагирует на приложенные нагрузки или силы. Эти свойства непостоянны; они меняются в зависимости от температуры и других внешних факторов, поэтому производители должны иметь полное представление об условиях эксплуатации детали, прежде чем рекомендовать подходящий материал. К основным механическим свойствам металлов относятся:

• Прочность
• Пластичность и пластичность
• Прочность
• Сопротивление усталости
• Твердость

Физические свойства — это еще один способ различения металлов. Вы можете узнать больше о физических свойствах в нашем блоге здесь.

Напряжение по сравнению с деформацией

Напряжение и деформация являются важными терминами при обсуждении механических свойств. Напряжение относится к силе, приложенной к объекту. Деформация относится к степени деформации объекта под действием этого напряжения.

Прочность металлов

Прочность можно измерить несколькими способами, но обычно она показывает, какую силу объект может выдержать, не согнувшись и не сломавшись. Отношение прочности к весу является ключевым свойством металлов, поскольку оно сообщает производителям, сколько материала необходимо использовать для удовлетворения конкретных требований прочности.

Прочность часто измеряется с точки зрения реакции материала на напряжения или приложенные силы в трех конфигурациях: сжатие , растяжение и сдвиг . Когда материал подвергается сжатию, на него действуют силы в направлении его центральной точки. Противоположное верно для напряжения, которое растягивает материал. Силы сдвига действуют параллельно друг другу в противоположных направлениях.

Узнайте больше о прочности металлов в нашем блоге «Свойства металлов: прочность». формировать новые формы. Пластичность и ковкость показывают, насколько легко можно манипулировать материалом, не ломая его. Под пластичностью понимается реакция материала на растягивающее напряжение или его способность растягиваться, прокатываться или экструдироваться без разрушения. Ковкость относится к сжимающему напряжению, как и при сплющивании. Благодаря высокой пластичности алюминия он так широко используется для изготовления тонкой фольги.

Поскольку поведение материала меняется в зависимости от температуры, металл может иметь хорошую пластичность или ковкость при высоких температурах, но плохую пластичность или ковкость при комнатной температуре. Сотни лет назад кузнецы уже знали об этой переменной и нагревали изделия на основе железа до свечения, прежде чем придавать им форму.

Узнайте больше о пластичности металлов в нашем блоге «Свойства металлов: пластичность»

Прочность: баланс между прочностью и пластичностью

Прочность представляет собой идеальный баланс между прочностью и пластичностью. Самые прочные металлы — это те, которые могут поглотить наибольшее количество энергии до разрушения. Проще говоря, самые прочные части труднее всего сломать.

Сопротивление усталости металлов

В реальных условиях металлические детали часто подвергаются повторяющимся нагрузкам в течение длительного периода времени. Хотя ни одно из этих напряжений, взятых по отдельности, не может повлиять на прочность, пластичность или ударную вязкость детали, само по себе повторение может привести к отказу. На самом деле, по данным ASM International, усталость способствует приблизительно 90% механических повреждений.

Сопротивление усталости — это мера способности детали подвергаться повторяющимся циклическим нагрузкам без разрушения или необратимой деформации. Величина напряжения, близкая к предельной для материала, приведет к более раннему усталостному разрушению по сравнению с меньшим напряжением. Как и другие механические свойства, сопротивление усталости данного сплава зависит от температуры, при которой применяется напряжение, а также от других факторов окружающей среды.

Сопротивление усталости конечной детали зависит не только от ее материала, но и от наличия дефектов. Такие проблемы, как пористость, растрескивание или другие дефекты, возникшие во время производства, могут резко снизить сопротивление усталости детали. Чтобы узнать о распространенных дефектах литья и о том, как их предотвратить, прочитайте статью в нашем блоге.

Твердость

Твердость материалов может относиться к характеристикам по ряду параметров, включая сопротивление деформации, сопротивление царапанию или сопротивление порезу. Металлы демонстрируют сильную корреляцию между пределом прочности при растяжении и твердостью, а твердость стали часто можно увеличить, увеличив процентное содержание углерода.

Твердость можно измерить разными способами, и тест на твердость по Бринеллю является одним из наиболее распространенных для металлических изделий. Тест, впервые предложенный в 19 году00, заключается в вдавливании сферы из карбида или закаленной стали в поверхность измеряемой детали. Образовавшуюся вмятину на поверхности затем измеряют с помощью микроскопа и определяют число твердости по Бринеллю (BHN) как нагрузку, деленную на площадь поверхности вмятины.

Более твердые сплавы часто хуже поддаются механической обработке, что может создавать препятствия при изготовлении изделий. Принимая во внимание дизайн для технологичности, иногда в целом лучше использовать менее твердый сплав для отливки, особенно если изделие будет подвергаться интенсивной механической обработке на более позднем этапе.

Узнайте больше о механической твердости в нашем блоге «Свойства металла: твердость».

Выбор правильного сплава на основе механических свойств

В мире производства наиболее важные механические свойства зависят от предполагаемого использования продукта. Поскольку механические свойства зависят от окружающей среды, процесс проектирования продукта должен включать тщательный анализ среды, в которой продукт будет работать, включая требования к температуре, влажности и нагрузке. Производители также должны учитывать все процессы формирования материала, прежде чем он станет конечным продуктом. Часто перед инженерами и металлургами стоит задача найти баланс между показателями производительности, такими как прочность, и показателями процесса, такими как обрабатываемость.

Процесс APQP может гарантировать, что перед выбором сплава учтены все важные переменные, и лучшие литейщики следуют процедурам APQP при разработке продукта. Чтобы узнать больше об оптимальных этапах проектирования изделий при литье металлов и обработке на станках с ЧПУ, прочитайте нашу серию блогов здесь.

Узнайте больше о производстве высококачественной продукции с помощью литья металлов и обработки на станках с ЧПУ из нашей бесплатной электронной книги:

Свойства металлов: введение

Металлы окружают нас повсюду, в вещах, которые мы используем для приготовления пищи, вождения, работы и жизни. При выборе металла для литого изделия или другого конкретного применения важно убедиться, что его свойства будут соответствовать ожидаемым условиям эксплуатации.

Существует большая разница между металлом, используемым в небоскребе, и металлом, используемым в задвижке. Некоторые металлы представляют собой чистые элементы, такие как железо (Fe) и алюминий (Al), но большинство изделий изготавливаются из сплавов или смесей металлов. Производители должны учитывать множество переменных, прежде чем решить, какой сплав использовать для конкретного продукта.

Факторы, влияющие на выбор подходящего металлического сплава, включают:

• Структура,
• Недвижимость,
• Обработка,
• Производительность, а также взаимосвязь между этими четырьмя факторами.

Механические свойства, физические свойства и химические свойства

В значительной степени способы различения металлов можно разделить на три категории: механические свойства , физические свойства и химические свойства.

Физические свойства относятся к наблюдаемым характеристикам материала. Примеры физических свойств включают цвет, температуру плавления и плотность. Механические свойства описывают, как материал реагирует на внешние силы, такие как толкание, растяжение или скручивание. Прочность, твердость и эластичность являются примерами механических свойств.

Химические свойства объясняют, как материал взаимодействует с другими материалами в данной среде. Эти свойства определяют поведение материала на молекулярном уровне. Химические свойства лежат в основе физических и механических свойств.

Ни физические, ни механические свойства не являются постоянными; они меняются в зависимости от окружающей среды. Например, эластичность (механическое свойство) и плотность (физическое свойство) зависят от температуры материала.

Общие свойства металлов

Металлы также имеют ряд общих свойств, которые помогают определить их как металлы и отделить их от неметаллических материалов. Металлические элементы, такие как железо, алюминий, медь, магний, свинец, олово и цинк, а также сплавы, такие как сталь, латунь и бронза, проявляют свойства:

• Блеск: при отсутствии поверхностных загрязнений металлы блестят.
• Высокая теплопроводность: по сравнению с неметаллами металлы являются хорошими проводниками тепла.
• Высокая электропроводность: металлы также являются хорошими проводниками электричества.
• Пластичность: в большей степени, чем у большинства неметаллических материалов, металлы можно сгибать, растягивать и иным образом деформировать, не ломая при этом.
• Магнетизм: не все металлы являются магнитными, но многие сплавы, содержащие железо, никель или кобальт, проявляют определенные магнитные свойства.

Физические и механические свойства определяют, как металл будет вести себя в реальном мире. Для производителей понимание этих свойств является важным шагом в выборе правильных материалов для своей продукции.