Пластичные металлы список: Металлы. Их разновидности и свойства

список, свойства, особенности, сферы применения

Металл ассоциируется с надежностью, прочностью, твердостью. Хрупкость – это атрибут стекла и подобных материалов. Однако и в металлическом сегменте есть «стекло».

Хрупкими могут стать изначально пластичные элементы.

Содержание

1. Что представляют собой
2. Причины уязвимости
3. Список
4. Особенности обработки
5. Где используются

Что представляют собой

Хрупкость – антипод пластичности. Это свойство вещества разрушаться без визуально различимых деформаций. То есть на изломе, например, цинковой проволоки цвет, блеск, структура не изменятся.

Хрупкие металлы подразделяются на две группы:

• Наделенные этим свойством от природы.
• Ставшие таковыми в результате обработки.

Ко второй группе причисляются также сплавы.

Причины уязвимости

Склонность к разрушению у металлов, других простых веществ, сплавов обусловлена следующими причинами:

• Структура. Например, у сурьмы это крупные зерна. У стали – доминирование в структуре а-фазы.

  Сурьма

• Температура. С понижением температуры хрупкость увеличивается. Феномен назван «хладноломкостью».

Переход металла в хрупкое состояние происходит при разных температурах.

• Скорость нагрузки. Чем быстрее возрастает нагрузка на материал, тем быстрее он разрушится. Резкие удары способны погубить даже пластичные структуры (малоуглеродистую сталь).

Сплавы становятся хрупкими из-за примесей:

• Самый «вредный» химический элемент – углерод. Он делает сплавы железа (чугун, сталь) хрупче в разы.
• Сталь с фосфором обретает хладноломкость.
• При малейшем «загрязнении» пластичный хром становится неподатливым к обработке.

«Стеклянными» сплавы делают фосфор, сера, мышьяк, сурьма, вольфрам.

Этот изъян не устранили даже создатели материалов поколения 2. 0. Например, «супервещества» алюминид титана. Этот титаново-алюминиевый серебристый конгломерат термо-, коррозиестоек, но перед кувалдой бессилен.

Список

К металлам с изначальной хрупкостью относятся природные и технологичные материалы.

Природные вещества:

• Щелочноземельные – бериллий.
• Легкоплавкие – олово, висмут.
• Тяжелые элементы – цинк, марганец, хром, сурьма, кобальт.

  Кобальт

В списке присутствуют уникумы:

• Вольфрам. Самый прочный на растяжение среди металлов.
• Осмий. Твердый хрупкий платиноид голубовато-серебристого цвета, второй по плотности среди простых веществ, тугоплавкий.
• Германий. Мягкий хрупкий белый металл.

Самый хрупкий металл – сурьма. Ее легко сделать порошком вручную.

Материалы, полученные в результате технологических процессов: бронза, белый чугун, сталь с высоким содержанием углерода.

Особенности обработки

Материалы, наделенные хрупкостью, разрушаются при попытке их удлинить даже на пару процентов.

Поэтому их обработка специфична:

1. Перед работой материал подогревают, чтобы нейтрализовать хладноломкость.
2. Исключено воздействие давлением. Например, чугун (нагретый либо холодный) после такой операции сохранит форму, но внутренне разрушится.
3. Болванки из хрупких сплавов (чугунные, бронзовые) рубят от края к центру.

Неоднозначно воздействие закалки. В отличие от подогрева, при такой обработке кратно увеличивается прочность стали, других материалов, но в ущерб пластичности. То есть порог хрупкости понижается.

Хрупкие металлы легче разрушить растяжением, чем сжатием.

Где используются

Малопластичные вещества используют там, где исключено резкое механическое воздействие:

• Производство катализаторов.
• Электроника.
• Лаки, краски.
• Аптечные препараты.
• Косметические средства.

Алюминид титана задействуют в космических технологиях и медицине.

Самые прочные металлы на Земле

Первое качество, с которым ассоциируется у нас металл, это прочность. На самом деле прочность определяется несколькими свойствами, учитывая которые именно сталь и ее сплавы находятся в списке самых прочных металлов.

Что же такое прочность? Это способность материала выдерживать внешние нагрузки, при этом не разрушаясь. При оценке прочности металла учитывается много параметров и качеств: насколько хорошо металл сопротивляется разрыву, как он противостоит сжатию, каков порог перехода от упругого к пластическому состоянию, когда деформация материала становится необратимой, какова способность материала сопротивляться распространению трещин и т.п.

Прочные сплавы и природные металлы

Сплавы представляют собой комбинации разных металлов. Потребность получить самые разные качественные характеристики металлов, среди которых и прочность, привела к появлению различных сплавов. Одним из важных в этом смысле сплавов является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода. Итак, какие же металлы принято считать самыми прочными на Земле?

Поскольку для определения прочности металла необходимо учесть очень много факторов, трудно однозначным образом упорядочить металлы от самого «крепкого» до самого «слабого». В зависимости от того, какое свойство считается наиболее важным в каждом конкретном случае, и будет складываться расстановка сил прочности среди металлов.

Сталь и ее сплавы

Сталь — это прочный сплав железа и углерода, с добавками других элементов, таких как кремний, марганец, ванадий, ниобий и пр. Благодаря различным системам легирования стали можно получать совершенно разный комплекс свойств новых сплавов.

Так, высокоуглеродистая сталь — это сплав железа с высоким содержанием углерода — получается прочной, относительно дешевой, долговечной, она хорошо поддается обработке. Из недостатков стоит отметить низкую прокаливаемость и низкую теплостойкость, что делает углеродистую сталь уязвимой в агрессивной среде.

Сферы применения: из углеродистой стали изготавливают различные инструменты, детали машин и сложных механизмов, элементы металлоконструкций. Важным условием применения таких изделий является неагрессивная среда.

Сплав стали, железа и никеля – один из наиболее прочных сплавов. Существует несколько его разновидностей, но в целом легирование углеродистой стали никелем увеличивает предел текучести до 1420 МПа и при этом показатель предела прочности на разрыв доходит до 1460 МПа.

Сферы применения: сплавы на никелевой основе используют в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.

Нержавеющая сталь – коррозионностойкий сплав стали, хрома и марганца с пределом текучести до 1560 МПа и пределом прочности на разрыв до 1600 МПа.

Как и все виды стали, этот сплав обладает высокой ударопрочностью и имеет средний балл по шкале Мооса.

Сферы применения: благодаря своим антикоррозийным свойствам нержавеющую сталь широко применяют в самых разных областях – нефтехимической промышленности, машиностроении, строительстве, электроэнергетике, кораблестроении, пищевой промышленности и для изготовления бытовых приборов.

Особо твердые сплавы

Сплавы на основе карбидов вольфрама, титана, тантала обладают твердостью, которой позавидует любой молот Тора.

Титан – это наиболее растиражированный в средствах массовой информации и кинематографе природный металл, который принято ассоциировать с суперпрочностью. Его удельная прочность почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей. Он обладает самым высоким отношением прочности на разрыв к плотности из всех металлов. По этому показателю он обошел вольфрам, вот только по шкале твердости Мооса титан ему уступает.

Тем не менее, титановые сплавы прочны и легки.

Сферы применения: титан и его сплавы часто используются в аэрокосмической промышленности. Из него делают элементы обшивки космических кораблей, топливные баки, детали реактивных двигателей. Активно используют его и в морском судостроении, строительстве трубопроводов для агрессивных сред и в качестве конструкционного материала.

Вольфрам с его самой высокой прочностью на растяжение среди всех встречающихся в природе металлов часто комбинируют со сталью и другими металлами для создания еще более прочных сплавов. К недостаткам вольфрама можно отнести его хрупкость и способность к разрушению при ударе.

Сферы применения: вольфрам применяют в металлургии для производства легированных сталей и различных сплавов, в электротехнической индустрии для изготовления элементов осветительных приборов, в машино- и авиастроении, в космической отрасли и химпроме. Сплав вольфрама и углерода (карбид вольфрама) используют для производства инструментов с режущими краями, таких как ножи и дисковые пилы, а также износостойких рабочих элементов горношахтного оборудования и прокатных валков.

Тантал обладает сразу тремя достоинствами – прочностью, плотностью и устойчивостью к коррозии. Он состоит в группе тугоплавких металлов, как и выше описанный вольфрам.

Сферы применения: тантал используется в производстве электроники и сверхмощных конденсаторов для персональных компьютеров, смартфонов, камер и для электронных устройств в автомобилях.

Инновационные сплавы

Существует ряд сплавов, которые появились совсем недавно, но уже успели завоевать признание благодаря своим «сверхкачествам» и активно используются в аэрокосмической сфере и медицине.

Алюминид титана – сплав титана и алюминия, который выдерживает высокие температуры и обладает антикоррозийными свойствами, но при этом он довольно хрупкий и недостаточно пластичный. Тем не менее, он нашел свое применение в производстве специальных защитных покрытий.

Сплав титана с золотом – еще один уникальный материал, который был разработан несколько лет назад группой ученых из университетов США. Основная задача, которая стояла перед учеными, создать материал крепче титана, который можно было бы применять в медицине для производства протезов, совместимых с биотканью. Дело в том, что титановые протезы, несмотря на свою прочность, изнашиваются относительно быстро, их приходится менять каждые 10 лет. А вот сплав титана с золотом оказался вчетверо более прочным, чем те сплавы, что сейчас используются в производстве протезов.

Примеры пластичных материалов — Нулевой список недостатков

Пластичные материалы разрушаются с большим удлинением перед разрушением. В этой статье вы получите примеры пластичных материалов, узнаете о типе разрушения и определите, как уменьшить пластичность материала.

Примеры пластичных материалов

Металлы и полимеры являются примерами материалов, которые часто классифицируются как пластичные. Удлинение обеспечивает стандартное измерение пластичности. Материалы с превосходным удлинением 5% или более перед разрушением обычно считаются пластичными.

Металлы

Металл — это материал, который имеет глянцевый вид в свежем виде, после полировки или разрушения и достаточно хорошо проводит электричество и тепло.

Металлы обычно пластичны. Поскольку они состоят из слоев ионов, которые могут скользить друг по другу, когда металл сгибают, куют или прессуют, они обладают этим свойством. Эта пластичность позволяет волочить или вытягивать металлы в провода, что делает их идеальными для электрических кабелей. Это связано с тем, что ионы скользят друг по другу.

Предоставлено My Tutorial World

Пластичность относится к способности металла выдерживать постоянную деформацию без разрушения. С пластичными металлами можно манипулировать или придавать им различные формы. При экстремальных температурах все металлы становятся пластичными.

Металлы обладают высокой прочностью на разрыв, что позволяет растягивать их без разрушения. Вольфрам, например, обладает высокой прочностью на растяжение. Среди часто используемых металлических сплавов нержавеющая сталь и закаленный конструкционный алюминий имеют относительно высокую прочность на растяжение:

и 45000 фунтов на квадратный дюйм соответственно.

Точка, в которой сталь перестает вести себя упруго (т. е. возвращается к исходному напряжению), по существу является пределом текучести. Для большинства сталей предел текучести начинается при удлинении приблизительно 0,2%.

Полимеры

Полимер представляет собой макромолекулярное вещество, состоящее из множества повторяющихся звеньев, связанных ковалентными химическими взаимодействиями. Мономеры, которые использовались для производства полимера, представлены этими повторяющимися звеньями. В результате мономеры подвергаются полимеризации с образованием полимера.

Натуральные и синтетические полимеры являются двумя наиболее распространенными типами полимеров. Биополимеры, такие как белок и нуклеиновые кислоты, являются природными полимерами, тогда как синтетические полимеры включают искусственные полимерные материалы, такие как пластик и нейлон.

Предоставлено: Ìtàn

Полимеры присутствуют практически во всех аспектах современной жизни. Продуктовые пакеты, бутылки из-под газировки и воды, текстильные волокна, телефоны, ноутбуки, упаковка для пищевых продуктов, автомобильные детали и игрушки содержат полимеры.

Важно помнить, что температура перехода из пластичности в хрупкость, наблюдаемая при охлаждении полимера, не обязательно соответствует температуре перехода из хрупкости в пластичность, наблюдаемой при нагревании полимера. При самых низких температурах полимеры становятся хрупкими. По мере повышения температуры они становятся жестче, пока не достигнут температуры вязко-хрупкого перехода.

PAI – полиамид-имид (PAI) может похвастаться самой высокой прочностью на растяжение из всех пластиков при 21 000 фунтов на квадратный дюйм.

Тип разрушения

В зависимости от пластичности материала изломы классифицируются как вязкие или хрупкие. Степень пластической деформации, которую может выдержать материал, также влияет на характер разрушения.

Однако трудно определить разницу между хрупким и вязким изломом. Это связано с тем, что несколько факторов влияют на деформацию материала. Уровень напряжения, скорость нагружения, температура окружающей среды и кристаллическая структура материала — все это факторы, которые необходимо учитывать.

Предоставлено: Википедия

Если на микроуровне происходит только деформация, разрушение называется хрупким. Пластическая деформация свидетельствует о начале разрушения.

Напротив, пластическая деформация материала в вершине трещины происходит при вязком разрушении. Это часто приводит к устойчивому и предсказуемому режиму разрушения, при котором рост трещины происходит только при увеличении приложенной силы; при уменьшении нагрузки трещина перестает расширяться. В результате вязкое разрушение является предпочтительным видом разрушения устойчивых к повреждениям материалов.

Уменьшение нежелательного вязкого разрушения

Если происходит чисто вязкое разрушение, это обычно происходит из-за ошибки в конструкции или из-за того, что на практике фактическая нагрузка выше ожидаемой (например, чрезмерно высокая ветровая нагрузка во время урагана или нагрузка перераспределение после выхода из строя другого члена в структуре).

Предоставлено CivilDigital. com

Примером вязкого разрушения является излом медного стержня. Разрушения при растяжении возникают при большой пластической деформации и перед разрушением поглощают много энергии.

Если приложить силу к медному стержню с небольшой выемкой, стержень пластически деформируется, а зазор не уменьшает энергию, необходимую для разрушения стержня.

Для предотвращения вязкого разрушения материал должен иметь мелкозернистое зерно, высокую твердость, не иметь дефектов и дислокаций. Кроме того, предпочтительно, чтобы материал имел высокий модуль Юнга и энергию когезии.

Понимание пластического разрушения позволяет инженерам разрабатывать более надежные и безопасные промышленные изделия и материалы.

Почему в строительных проектах нужны пластичные металлы, такие как алюминий

Свойства материалов

Фредди Лейон, Hydro 24 января 2020 г.

Пластичность является основным фактором безопасности для структурных проектов. Позвольте мне объяснить вам, что именно я имею в виду под пластичностью, и почему алюминий — это металл, который вы должны учитывать для таких проектов.

Как вы, наверное, уже знаете, пластичность – это способность металла принимать остаточные деформации без разрушения. Металлы, которые можно формовать или прессовать в другую форму без разрушения, пластичны.

В общем, все металлы пластичны при повышенных температурах. Однако при комнатной температуре происходит другая история. Металлы, которые могут получить только небольшую деформацию перед разрушением, классифицируются как хрупкие — по сути, противоположные пластичным.

Ковкий алюминий для конструкционных проектов

Пластичность играет ключевую роль в формуемости, поскольку чрезмерно хрупкие материалы не могут быть успешно сформированы. Когда вы, например, заворачиваете сэндвич в алюминиевую фольгу, вы пользуетесь преимуществами пластичности, потому что фольга формируется вокруг сэндвича и остается в этой форме, не ломаясь.

Теперь представьте, что вы делаете то же самое, но с таким же тонким листом стекла. Если вы согните его слишком сильно, он сломается, а если вы согнете его слишком мало, он только отскочит назад.

Это невероятно важно, когда речь идет о безопасности строительных конструкций, таких как мосты. Это не значит, что вы проектируете или строите свой мост так, чтобы он деформировался, но в случае аварии или перегрузки последнее, что вам нужно, это внезапный разрыв. Пластичность позволяет конструкциям изгибаться и деформироваться до некоторой степени без разрыва. Высокая пластичность имеет решающее значение в таких приложениях, как металлические тросы и конструкционные балки.

Золото, серебро и платина — пластичные металлы. Как и большинство алюминиевых сплавов. Чугун нет.

Как измерить прочность металла

Прочность металла можно измерить, исследуя его прочность на растяжение и ударную вязкость, а также пластичность и твердость. Существует два способа измерения пластичности:

• Процентное удлинение измеряет длину, на которую металл деформируется в процентах от его первоначальной длины после того, как его растягивают до разрушения во время испытания на растяжение
• Процентное уменьшение измеряет самую узкую часть поперечного сечения металлического образца после разрыва, вызванного испытанием на растяжение

Пластичность также может зависеть от температуры, а это означает, что вы должны учитывать температуры, которым металл будет подвергаться в вашем приложении.