Физические, химические, механические и технологические свойства металлов
Чтобы правильно выбрать материал для определённых целей, необходимо знать свойства металлов. Так, например, для изготовления режущих инструментов требуются прочные, твердые и износоустойчивые металлические материалы.
Физические свойства металлов и сплавов определяются цветом, удельным весом, плотностью, температурой плавления, тепловым расширением, тепло- и электропроводностью, а также магнитными свойствами.
Физические свойства металлов характеризуются определенными числовыми значениями, которые приведены в таблице 1.
Таблица 1
Физические свойства некоторых металлов
| Металл | Символ | Цвет | Плотность, кг/м3 | Температура плавления, °С | Удел. электро- сопротивление при 20 °С, 10-6 Ом∙м |
| Алюминий | Al | Серебристо-белый | 2700 | 658,7 | 0,029 |
| Вольфрам | W | Блестящий белый | 19300 | 3380 | 0,053 |
| Железо | Fe | Серебристо-белый | 7800 | 1539 | 0,100 |
| Кобальт | Co | Серебристо-белый | 8900 | 1490 | 0,062 |
| Магний | Mg | Блестящий серебристо-белый | 1700 | 650 | 0,047 |
| Медь | Cu | Красный | 8900 | 1083 | 0,017 |
| Никель | Ni | Серебристо-белый с сероватым оттенком | 8900 | 1452 | 0,070 |
| Олово | Sn | Серебристо-белый | 7300 | 231,9 | 0,124 |
| Свинец | РЬ | Синевато-серый | 11400 | 327,4 | 0,220 |
| Титан | Ti | Серебристо-белый | 4500 | 1668 | 0,470 |
| Хром | Сr | Блестящий серовато-белый | 7100 | 1550 | 0,150 |
| Цинк | Zn | Синевато-серый | 7100 | 419,5 | 0,060 |
Отношение массы тела к его объему является постоянной величиной для данного вещества и называется
Плотность и удельный вес имеют большое значение при выборе металлических материалов для изготовления различных изделий. Так, детали и конструкции в приборостроении, в авиа- и вагоностроении наряду с высокой прочностью должны обладать малой плотностью. Из металлов, наиболее широко применяемых в технике, наименьшую плотность имеют магний и алюминий.
Все металлы как тела кристаллического строения переходят при определенной температуре из твердого состояния в жидкое и наоборот. Температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое, называется температурой плавления.
Температура плавления является важным физическим свойством металлов. Знание температуры плавления металлов и сплавов необходимо в металлургии, в литейном производстве, при горячей обработке металлов давлением, при сварке, пайке и других процессах, сопровождающихся нагреванием металлических материалов.
Способность металлов передавать теплоту от более нагретых частей тела к менее нагретым называется теплопроводностью.
Среди металлических материалов лучшей теплопроводностью обладают серебро, медь, алюминий. Эти же металлы являются и лучшими проводниками электрического тока.
Теплопроводность металлов имеет большое практическое значение. Из металлов и сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, изготовляют детали машин, которые при работе поглощают или отдают теплоту.
Металлы и сплавы с низкой теплопроводностью для полного прогрева нуждаются в медленном и длительном нагревании. Быстрый нагрев и быстрое охлаждение таких металлических материалов может вызвать образование трещин. Это необходимо учитывать при термической обработке, горячей обработке давлением, литье в металлические формы и т. д.
Различные вещества, в том числе и металлы, при нагревании расширяются, при охлаждении — сжимаются. Неодинаковость величины теплового линейного расширения материалов характеризуется коэффициентом линейного расширения α
Тепловое расширение металлов необходимо учитывать при изготовлении и эксплуатации точных измерительных приборов и инструментов, изготовлении литейных форм, горячей обработке металлов давлением и в других случаях, связанных с нагреванием и охлаждением.
Детали точных приборов и измерительных инструментов изготавливаются из материалов с малым коэффициентом линейного расширения, детали автоматически действующих механизмов, которые, удлиняясь, должны замыкать электрическую цепь, делают из материалов с большим коэффициентом линейного расширения.
Электропроводностью называется способность металлов проводить электрический ток.
Высокой электропроводностью обладают те металлы, которые хорошо, т. е. без потерь на тепло, проводят электрический ток.
Магнитные свойства. Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. Сильно выраженными магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы. Перечисленные выше металлические материалы называют ферромагнитными. У остальных металлов и сплавов магнитные свойства выражены крайне слабо, поэтому практически они считаются немагнитными.
Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.
Магнитной проницаемостью называют способность металлов намагничиваться под действием магнитного поля.
При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определённой температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа — 768°С, у никеля — 360° С, у кобальта — 1130° С.). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками (слабомагнитными материалами).
К химическим свойствам металлов следует отнести их способность сопротивляться химическому или электрохимическому воздействию различных сред (коррозии) при нормальных и высоких температурах.
Рассмотренные выше физические свойства металлов обнаруживаются в явлениях, не сопровождающихся изменением вещества. Так, например, нагрев металлов или прохождение через металлы электрического тока не сопровождается химическими изменениями их. При химических же явлениях происходит превращение металлов в другие вещества с иными свойствами.
Многие металлы подвергаются химическому изменению под воздействием внешней среды, т. е. разрушаются от коррозии. Мерой коррозионной стойкости служит скорость распространения коррозии металлов в данной среде и в данных условиях: чем эта скорость меньше, тем металл более коррозионностоек.
Высокой коррозионной стойкостью в атмосфере и в агрессивных средах обладают никель, титан и их сплавы. Титан и его сплавы по коррозионной стойкости приближаются к благородным металлам.
Прочность — это способность материала сопротивляться действию внешних сил без разрушения.
Упругость — это способность материала восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешних сил, вызвавших деформацию.
Пластичность — это способность материала изменять свою форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, и сохранять полученные деформации после прекращения действия внешних сил.
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.
Твердость — способность металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела.
Прочность — способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил.
Для определения прочности образец металла установленной формы и размера испытывают на наибольшее разрушающее напряжение при растяжении, которое называют пределом прочности (временное сопротивление).
Пластичность — способность металла, не разрушаясь, изменять форму под нагрузкой и сохранять ее после прекращения действия нагрузки.
Вязкость – способность металла оказывать сопротивление быстровозрастающим (ударным) нагрузкам.
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 режущими инструментами, прокаливаемость.
Обрабатываемость металлов характеризуется их механическими свойствами: твердостью, прочностью, пластичностью.
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. Хладоломкостью называется склонность металла к переходу в хрупкое состояние с понижением температуры. Хладоломкими являются железо, вольфрам, цинк и другие металлы, имеющие объемноцентрированную кубическую и гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку.
Красноломкасть — склонность металла к переходу в хрупкое состояние с повышением температуры.
При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства.
studopedia.net
Свойства металлов
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 металла | Удельный вес(плотность) г\см3 | Температура плавления 0С | Твердость по Бринеллю | Предел прочности(временное сопротивление) кг\мм2 | Относительное удлинение % | Относительное сужение поперечного сечения % |
| Алюминий Вольфрам Железо Кобальт Магний Марганец Медь Никель Олово Свинец Хром Цинк | 2,7 19,3 7,87 8,9 1,74 7,44 8,84 8,9 7,3 11,34 7,14 7,14 | 658 3370 1530 1490 651 1242 1083 1452 232 327 1550 419 | 20-37 160 50 125 25 20 35 60 5-10 4-6 108 30-42 | 8-11 110 25-33 70 17-20 Хрупкий 22 40-50 2-4 1,8 Хрупкий 11,3-15 | 40 — 21-55 3 15 Хрупкий 60 40 40 50 Хрупкий 5-20 | 85 — 68-55 — 20 Хрупкий 75 70 74 100 Хрупкий — |
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.
Технологические свойства. Имеют весьма важное значение при производстве тех или иных технологических операций.
Цветные металлы и их сплавы.
1.
Свойства и применение цветных металлов.
Медь – высокая пластичность, электропроводность, теплопроводность, повышенная коррозионная стойкость является ценнейшими свойствами меди.
Высокая пластичность меди позволяет легко производить её обработку давлением: прокатку, волочение и штамповку.
Вследствие высокой электропроводности медь является самым лучшим металлом для электромашиностроения, изготовления кабелей и проводов для передачи электроэнергии.
Для изготовления состоянии она мало подвижна и плохо заполняет форму.
Медь служит основой для изготовления различных сплавов, широко применяется в машиностроении.
Алюминий — легкий металл, обладает высокой пластичностью, хорошей электропроводностью и коррозионной стойкостью. Поэтому он применяется для изготовления электропроводов, посуды, для предохранения других металлов и сплавов от окислений путем плакирования.
Магний –очень легкий металл. Это его большое и единственное преимущество.
Главным недостатком магния является его малая стойкость против коррозии. Будучи нагрет на воздухе до температуры 550-6000 магний вспыхивает и горит ярким пламенем, поэтому резку его нужно производить очень осторожно. Кроме того, он имеет малую пластичность. Ввиду этих недостатков чистый магний не нашёл применения в технике, а применяется в качестве основы для производства весьма легких сплавов.
Свинец – очень мягкий и тягучий металл, легко обрабатывается в холодном состоянии и хорошо отливается; активно сопротивляется действию кислот. Применяется для изготовления труб, аккумуляторных пластин, а также для получения подшипниковых сплавов.
Цинк – при нормальной температуре хрупок, при нагреве до 100-1500 — пластичен и легко обрабатывается давлением, при дальнейшем нагреве (свыше 2500) вновь становится хрупким и может быть измельчен в порошок. В расплавленном состоянии обладает жидкотекучестью. Применяется для защиты железа от коррозии ( оцинкованное железо) и в сплавах.
Олово обычно применяемое, является очень мягким и вязким металлом, хорошо обрабатывается давлением, на воздухе почти не окисляется. Используется для лужения, пайки и для получения различных сплавов. В расплавленном состоянии хорошо заполняет формы.
Руды олова редки и запасы их ограничены, поэтому олово является весьма дефицитным металлом.
Примерное назначение некоторых марок цветных металлов
(по ГОСТ)
Таблица № 2
| Алюминий | Для особой химической аппаратуры; для электролитических кондесаторов и др. Для фольги; для кабельных и токоподводящих изделий и др. Для изделий широкого потребления и др. |
| Медь | Для проводников тока и сплавов высокой чистоты Для проводников тока, для проката и др. Для литейных бронз и для различных неответственных сплавов |
| Олово | Лужение консервной жести, изготовление припоя Изготовление баббитов, припоев и низкооловынных сплавов. |
| Свинец | Для особого ответственного применения в аккумуляторной промышленности Для горячего свинцования; для баббита марки БК, для закалочных ванн и др. |
| Цинк | Для отливок под давлением особо ответственных деталей авиа- и автопромышленности и др. Для обычных литейных и свинцовых медно- цинковых сплавов |
| Магний | Для специальных литейных и деформируемых сплавов на магниевой и алюминиевой основе Для литейных и деформируемых сплавов на магниевой и алюминиевой основе |
Твёрдые сплавы.
Твердые сплавы в течение последних двух десятилетий получили очень широкое распространение в промышленности. Они используются в горной промышленности – для бурения, металлообрабатывающей промышленности – для резания, штамповки и волочения, а также для наплавки быстроизнашивающихся деталей.
Широкое распространение твердых сплавов в промышленности объясняется тем, что инструменты, оснащенные твердыми сплавами, позволяют во много раз повысить производительность имеющегося оборудования и снизить себестоимость изготовляемых изделий и что детали, направленные твердыми сплавами, работают на истирание значительно (иногда в десятки раз) дольше ненаплавленных деталей.
Основной составляющей всех сплавов являются карбиды металлов: вольфрама, молибдена, хрома, титана, марганца. Карбиды придают сплавам высокую твердость и износоустойчивость. Кроме того, в состав твердых сплавов входят кобальт, никель, железо.
Твердые сплавы делятся на литые, порошкообразные и металлокерамические.
1.Литые и порошкообразные твердые сплавы.
Эти сплавы применяются для наплавки быстроизнашивающихся деталей.
Литые твердые сплавы – стеллиты и стеллитоподобные – отличаются высокой коррозионной стойкостью, в частности в серной кислоте; сохраняют стойкость при высоких температурах (стеллиты – до 8000 , стеллитоподобные до – 6000).
Стеллиты и сормайт широко применяются в машиностроении для наплавки деталей и инструментов, работающих без ударов, и там, где деталь после механической обработки должна быть ровной и чистой ( главным образом при трении скольжения), например: для гибочных и вытяжных матриц, центров станков, измерительных скоб, колец для протяжки. Ввиду высокой жаропрочности этих сплавов их применяют также для наплавки деталей, работающихся при высоких температурах, например: для деталей металлургического оборудования, ножей для горячей резки, клапанов двигателей внутреннего сгорания.
Наплавку литых твердых сплавов можно производить на стальные (железные) и чугунные детали независимо от их сечения и конфигурации. Покрытие рабочей поверхности детали слоем сплава производится с помощью газовой горелки ацетилено – кислородным пламенем.
Порошкообразные твёрдые сплавы –вокар и сталинит – применяются главным образом для наварки деталей производящих грубую работу, где допускается максимальное количество пор и раковин и обработка наваренной поверхности не является обязательной (щеки дробилок, зубья экскаваторов, землечерпалок и др.).
Вокар содержит 86% вольфрама, 9,5 – 10,5% углерода, до 0,5% кремния и до 2,5% железа; сталинит – 16 – 20% хрома, 8 – 10% углерода, 13 – 17% марганца до 3% кремния, остальное – железо.
Наварка порошкообразных твердых сплавов производится электрицеской дугой постоянного тока по способу Бенардоса (с применением угольного электрода). Поверхность, подлежащая наварке, устанавливается горизонтально, на нее наносят тонкий(0,2 – 0,3мм)слой флюса (прокаленной буры) и слой порошкообразного твердого сплава (шихты) толщиной 3 – 5мм.Электрод соединяется с отрицательным полюсом, деталь – с положительным. Электрическая дуга, образующаяся между электродом и деталью, расплавляет шихту и близлежащие слои основного металла, при этом образуется небольшая ванночка расплавленного твердого сплава и основного металла. Электроду сообщают поступательное зигзагообразное движение, причем дуга непрерывно переносится по поверхности твердого сплава.
2. Металлокерамические твердые сплавы.
Эти сплавы применяются в виде пластинок к режущему инструменту. Инструменты с пластинками твердых сплавов в настоящее время широко применяется в заводской практике для скоростного резания металлов.
Характерной особенностью металлокерамических твердых сплавов является их высокая твердость и способность сохранять режущиеся свойства при температуре до 1000 – 11000.
Основной режущей составляющей металлокерамических твердых сплавов является карбиды вольфрама; некоторые марки сплавов содержат, кроме того, карбиды титана. В качестве связующего металла применяется кобальт.
Для изготовления пластинок металлокерамических твердых сплавов порошкообразные составляющие тщательно перемешиваются и смесь прессуется под давлением от 1000 до 4200кг\см2. Полученные в прессформах полуфабрикаты помещаются в электропечи, где при температуре 1400 – 15000 происходит их спекание. При спекании связующий металл (кобальт) расплавляется и, обволакивая зерна карбидов, связывает их. При производстве твердых сплавов операции прессования и спекания часто заменяют одной операцией – горячим прессованием.
Пластинки твердых сплавов служат для оснащения резцов, сверл, фрез, зеркеров и других инструментов. Оснащения производится путём напайки пластин на державки или путем механического крепления пластинок к державкам.
Легкие металлы и их сплавы.
3.Алюминиевые литейные сплавы.
В качестве литейных сплавов чаще всего применяются алюминиевые сплавы с кремнием, с медью и с марганцем.
Сплавы алюминия с кремнием. Называемые также силуминами, в технике находят применение силумины, близкие к эвтектическому составу (от 6 до 13% ). Эти сплавы обладают хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью и малой усадкой), большой плотностью и повышенными механическими свойствами по сравнению с алюминием. Повышенные механические свойства достигаются путем модифицирования, состоящего в обработке расплавленного силумина модификатором ( металлическим натрием или смесью фторных солей натрия и калия). Небольшое количество модификатора (около 0,01% по весу) резко меняет структуру силумина: кристаллы становятся мелкими, а излом приобретает бархатистый вид. Силумины, не подвергаются модифицированию, имеют грубозернистую структуру и худшие механические свойства.
При введении в состав силуминов небольшого количества магния и марганца их механические свойства ещё более улучшаются, некоторые марки силуминов с указанием области их применения приведены в таблице 3.
coolreferat.com
Механические, физические, химические и технологические свойства металлов — Материаловедение
Свойства металлов подразделяются на физические, химические, механические и технологические.
Физические свойства металлов.
К физическим свойствам относятся плотность, плавление (температура плавления), теплопроводность, тепловое расширение.
Плотность — количество вещества, содержащееся в единице объема.
Плавление — способность металла переходить из кристаллического (твердого) состояния в жидкое с поглощением теплоты.
Теплопроводность — способность металла с той или иной скоростью проводить теплоту при нагревании.
Электропроводность — способность металла проводить электрический ток.
Тепловое расширение — способность металла увеличивать свой объем при нагревании.
Химические свойства металлов.
Химические свойства металлов характеризуют отношение их к химическим воздействиям различных активных сред. Каждый металл обладает определенной способностью сопротивляться этим воздействиям. Основными химическими свойствами металлов являются окисляемость и коррозионная стойкость.
Окисляемость — способность металла вступать в реакцию в кислородом под воздействием окислителей.
Коррозионная стойкость —способность металла сопротивляться коррозии.
Механические свойства металлов.
К механическим свойствам металлов относят твердость, прочность, вязкость, упругость и пластичность.
Твердость — способность металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела.
Прочность — способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил.
Вязкость — способность металла сопротивляться быстро возрастающим ударным нагрузкам.
Упругость — способность металла восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия действующей нагрузки.
Пластичность — способность металла, не разрушаясь, изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.
Технологические свойства металлов.
Технологические свойства металлов определяют их способность подвергаться различным видам обработки. Основными технологическими свойствами металлов являются ковкость, свариваемость, жидкотекучесть, прокаливаемость, обработка резанием.
Ковкость — способность металла изменять свою форму в нагретом или холодном состоянии под действием внешних сил.
Свариваемость — способность двух частей металла при нагревании прочно соединяться друг с другом.
Жидкотекучесть — способность расплавленного металла легко растекаться и хорошо заполнять форму.
Прокаливаемость — способность металла закаливаться на ту или иную глубину.
Обрабатываемость резанием — способность металла подвергаться механической обработке режущим инструментом с определенной скоростью и усилием резания.
ifreestore.net
Строение металлов — Физические свойства металлов
Большинство металлов кристаллизуется в относительно простых структурах – кубических и гексагональных ЛГУ, соответствующих наиболее плотной упаковке атомов. Лишь небольшое число металлов имеет более сложные типы кристаллических решёток. Многие металлы в зависимости от внешних условий (температуры, давления) могут существовать в виде двух или более кристаллических модификаций.
Электрические свойства
Удельная электропроводность металлов при комнатной температуре σ~10-6-10-4 Ом-1См-1, тогда как у диэлектриков, например, у серы, σ~10-17 Ом-1 см-1. Промежуточные значения σ соответствуют полупроводникам. Характерным свойством металлов как проводников электрического тока является линейная зависимость между плотностью тока и напряжённостью приложенного электрического поля. Носителями тока в металлах являются электроны проводимости, обладающие высокой подвижностью. Согласно квантовомеханическим представлениям, в идеальном кристалле электроны проводимости (при полном отсутствии тепловых колебаний кристаллической решётки) вообще не встречают сопротивления на своём пути. Существование у реальных металлов электросопротивления является результатом нарушения периодичности кристаллической решётки. Эти нарушения могут быть связаны как с тепловым движением атомов, так и с наличием примесных атомов, вакансий, дислокаций и др. дефектов в кристаллах. На тепловых колебаниях и дефектах (а также друг на друге) происходит рассеяние электронов.
При нагревании металлов до высоких температур наблюдается «испарение» электронов с поверхности металлов (термоэлектронная эмиссия). Эмиссия электронов с поверхности металлов происходит также под действием сильных электрических полей ~ 107 В/см в результате туннельного просачивания электронов через сниженный полем потенциальный барьер. В металлах наблюдаются явления фотоэлектронной эмиссии, вторичной электронной эмиссии и ионно-электронной эмиссии. Перепад температуры вызывает в металлах появление электрического тока или разности потенциалов.
Механические свойства
Многие металлы обладают комплексом механических свойств, обеспечивающим их широкое применение в технике, в частности в качестве конструкционных материалов. Это, в первую очередь, сочетание высокой пластичности со значит, прочностью и сопротивлением деформации, причём соотношение этих свойств может регулироваться в большом диапазоне с помощью механических и термических обработки металлов, а также получением сплавов различного состава.
Исходной характеристикой механических свойств металлов является модуль упру гости G, определяющий сопротивление кристаллической решётки упругому деформированию и непосредственно отражающий величину, сил связи в кристалле. В монокристаллах эта величина, как и остальные механические характеристики, анизотропна и коррелирует с температурой плавления металла (например, средний модуль сдвига G изменяется от 0,18-1011 эрг/см3 для легко плавкого Na до 27·1011 эрг/см3 для тугоплавкого Re).
Сопротивление разрушению или пластической деформации идеального кристалла примерно 10-1 G. Но в реальных кристаллах эти характеристики, как и все механические свойства, определяются наличием дефектов, в первую очередь дислокация. Перемещение дислокаций по плотноупакованным плоскостям приводит к элементарному акту скольжения – основному механизму пластической деформации металла. Важнейшая особенность металлов – малое сопротивление скольжению дислокации в бездефектном кристалле. Это сопротивление особенно мало в кристаллах с чисто металлической связью, которые обычно имеют плотноупакованные структуры. В металла с ковалентной компонентой межатомной связью, имеющих объемно-центрированную решётку, сопротивление скольжению несколько больше, однако всё же мало по сравнению с чисто ковалентными кристаллами.
Сопротивление пластической деформации, по крайней мере в металлах с гранецентрированной кубической и гексагональной решётками, связано с взаимодействием движущихся дислокаций с др. дефектами в кристаллах, с др. дислокациями, примесными атомами, внутренними поверхностями раздела. Взаимодействие дефектов определяется искажениями решётки вблизи них и пропорционально G. Для отожжённых монокристаллов начальное сопротивление пластической деформации (предел текучести) обычно ~ 10-3–10-4 G. Для монокристаллов металлов характерно наличие трёх стадий деформационного упрочнения. На 1-й стадии значительная часть дислокаций выходит на поверхность и коэффициент упрочнения мал; на 2-й стадии дислокации накапливаются в кристалле, их распределение становится существенно неоднородным. На 3-й стадии плотность дислокации, G и коэффициент упрочнения уменьшаются вследствие аннигиляции дислокаций, выдавливаемых из их плоскостей скольжения. Значение этой стадии больше для металлов с объемноцентрированной решёткой.
При Т > 0,5 Тпл в пластической деформации начинают играть существенную роль точечные дефекты, в первую очередь вакансии, которые, оседая на дислокациях, приводят к их выходу из плоскостей скольжения. Если этот процесс достаточно интенсивен, то деформация не сопровождается упрочнением: металл течёт с постоянной скоростью при неизменной нагрузке (ползучесть). Протекание процессов релаксации напряжений и постоянная разрядка дислокационной структуры обеспечивают высокую пластичность металлов при их горячей обработке, что позволяет придавать изделиям из металлов разнообразную форму. Отжиг сильно деформированных монокристаллов металлов нередко приводит к образованию поликристаллов с малой плотностью дислокаций внутри зёрен (рекристаллизация).
Достижимые степени деформации металлов ограничены процессом разрушения. По мере роста плотности дислокаций при холодной деформации растёт неравномерность их распределения, приводящая к концентрации напряжений в местах сгущения дислокаций и зарождению здесь очагов разрушения – трещин. В реальных кристаллах такие концентрации напряжений имеются и в исходном недеформированном состоянии (скопление примесей, частицы др. фаз и т.п.). Но вследствие пластичности металла деформация вблизи опасных мест снимает напряжения и предотвращает разрушение. Однако если сопротивление движению дислокаций растёт, то релаксационная способность материала падает, что под нагрузкой приводит к развитию трещин (хрупкое разрушение). Это особенно проявляется в металлах с объёмно-центрированной решёткой, в которых подвижность дислокаций резко уменьшается при понижении температуры (из-за взаимодействия с примесями и уменьшения числа кристаллографических возможных плоскостей скольжения).
Предотвращение хладноломкости – одна из важнейших технических проблем разработки конструкционных металлических материалов. Другая актуальная проблема – увеличение прочности и сопротивления деформации при высоких температурах. Зародышами разрушения в этих условиях служат микропоры, образующиеся в результате скопления вакансий. Эффективный способ повышения высокотемпературной прочности – уменьшение диффузионной подвижности точечных дефектов, в частности легированием.
Применяемые в технике конструкционные металлические материалы являются поликристаллическими. Их механические свойства практически изотропны и могут существенно отличаться от свойств монокристаллов металлов. Межфазные границы вносят дополнительный вклад в упрочнение. С другой стороны, они могут быть местами предпочтительного разрушения (межзёренное разрушение) или деформации. Изменяя число и строение межфазных границ, форму и пространственное расположение отдельных структурных составляющих многофазных систем (поликристаллов, гетерофазных агрегатов, возникающих вследствие фазовых превращений, или искусственно полученных композиций), а также регулируя состав и дефектную структуру отдельных кристаллов, можно получить огромное разнообразие механических свойств, необходимых для практического использования металлических материалов.
kogavrilov.narod.ru
Механические, физические, химические и технологические свойства металлов — Материаловедение
Свойства металлов подразделяются на физические, химические, механические и технологические.
Физические свойства металлов.
К физическим свойствам относятся плотность, плавление (температура плавления), теплопроводность, тепловое расширение.
Плотность — количество вещества, содержащееся в единице объема.
Плавление — способность металла переходить из кристаллического (твердого) состояния в жидкое с поглощением теплоты.
Теплопроводность — способность металла с той или иной скоростью проводить теплоту при нагревании.
Электропроводность — способность металла проводить электрический ток.
Тепловое расширение — способность металла увеличивать свой объем при нагревании.
Химические свойства металлов.
Химические свойства металлов характеризуют отношение их к химическим воздействиям различных активных сред. Каждый металл обладает определенной способностью сопротивляться этим воздействиям. Основными химическими свойствами металлов являются окисляемость и коррозионная стойкость.
Окисляемость — способность металла вступать в реакцию в кислородом под воздействием окислителей.
Коррозионная стойкость —способность металла сопротивляться коррозии.
Механические свойства металлов.
К механическим свойствам металлов относят твердость, прочность, вязкость, упругость и пластичность.
Твердость — способность металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела.
Прочность — способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил.
Вязкость — способность металла сопротивляться быстро возрастающим ударным нагрузкам.
Упругость — способность металла восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия действующей нагрузки.
Пластичность — способность металла, не разрушаясь, изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.
Технологические свойства металлов.
Технологические свойства металлов определяют их способность подвергаться различным видам обработки. Основными технологическими свойствами металлов являются ковкость, свариваемость, жидкотекучесть, прокаливаемость, обработка резанием.
Ковкость — способность металла изменять свою форму в нагретом или холодном состоянии под действием внешних сил.
Свариваемость — способность двух частей металла при нагревании прочно соединяться друг с другом.
Жидкотекучесть — способность расплавленного металла легко растекаться и хорошо заполнять форму.
Прокаливаемость — способность металла закаливаться на ту или иную глубину.
Обрабатываемость резанием — способность металла подвергаться механической обработке режущим инструментом с определенной скоростью и усилием резания.
ifreestore.net