Свойства металлов и сплавов физические свойства: Общие физические свойства металлов — урок. Химия, 9 класс.

Основные свойства металлов

Металлы обладают механическими, технологическими, физическими и химическими свойствами.

К физическим свойствам относятся: цвет, плотность, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, теплоемкость, расширяемость при нагревании и фазовых превращениях;

к химическим — окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость, жароупорность;

к механическим — прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность, хрупкость;

к технологическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием.

Прочность — способность металла сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Удельная прочность— отношение предела прочности к плотности.

Твердостью— называется способность тела противостоять проникновению в него другого тела.

Упругость— свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывающих изменение формы (деформацию).

Вязкость— способность металла оказывать сопротивление ударным внешним силам. Вязкость — свойство обратное хрупкости.

Пластичность— свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил.

Современными методами испытания металлов являются механические испытания, химический, спектральный, металлографический и рентгенографический анализы, технологические пробы, дефектоскопия. Эти испытания дают возможность получить представление о природе металлов, их строении, составе и свойствах.

Механические свойства. Первое требование, предъявляемое ко всякому изделию, — это достаточная прочность. Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать еще особыми свойствами, характерными для данного изделия.

Например, режущие инструменты должны обладать высокой твердостью. Для изготовления режущих и других инструментов применяют инструментальные стали и сплавы, а для рессор и пружин — специальные стали, обладающие высокой упругостью.

Вязкие металлы применяют в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке.

Пластичность металлов дает возможность обрабатывать их давлением (ковать, прокатывать, штамповать).

Физические свойства. В авиа-, авто-, приборо-, и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и магния являются здесь особенно полезными.

Плавкостьиспользуется для получения отливок путем заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы (свинец) применяют в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют столь низкую температуру плавления, что расплавляются в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки топографических матриц, предохранителей в приборах пожарной безопасности.

Металлы с высокой электропроводностью(медь, алюминий) используют в электромашиностроении, в линиях электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением — для ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Магнитные свойстваметаллов используются в электромашиностроении при производстве электродвигателей, трансформаторов в приборостроении (телефонные и телеграфные аппараты).

Теплопроводностьметаллов дает возможность равномерно нагревать их для обработки давлением, термической обработки, кроме того, она обеспечивает возможность пайки и сварки металлов.

Некоторые металлы имеют коэффициент линейного расширения, близкий к нулю; такие металлы применяют для изготовления точных приборов при сооружении мостов, путепроводов и др.

Химические свойства. Коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в химически активных средах (детали машин в химической промышленности). Для таких изделий используют сплавы с высокой коррозионной стойкостью — нержавеющие, кислотостойкие и жароупорные стали.

Свойства металлов и все основные физические особенности видов сплавов

05Дек

Содержание статьи

1. Что это такое – металл
2. Физические свойства
3. Основные химические свойства металлов
4. Признаки
5. Классификация и виды металлов
6. Сплавы
7. Сравнение свойств

Обнаружение общих физических и химических свойств металлов и сплавов привело к повсеместному использованию материала. Со временем ученые начали подробно изучать его характеристики, а также создавать различные методы металлообработки, которые увеличивают прочность, улучшают кристаллическую решетку. На настоящий момент есть такие составы, которые используются при кораблестроении. Все больше сфер жизни не может обойтись без металлических элементов – от бытовой ложки или авторучки до сложных механических узлов и микросхем. Но обыватели часто не понимают, что за вещество мы используем, и какие особенности дают ему такую распространенность. В статье мы подробно поговорим про это.

Что это такое – металл

Древнегреческое слово metallion как раз обозначает «выкапывать из земли» – добытое из горной руды. На настоящий момент известно 96 значений в чистом виде и неограниченное количество сплавов. Все они отличаются от неметаллов повышенными прочностными качествами и проводимостью, поэтому из них делают провода. На первый взгляд отличить металлический образец от каменного или иного можно по специфическому блеску.

Физические свойства

В условиях комнатной температуры и без применения давления все вещества обладают твердым состоянием. Но есть галлий, он уже при 30 градусах тепла начинает деформироваться, тает в руках. Можно отметить характеристики:

• Высокая пластичность. Хрупкие только марганец, олово и цинк.
• Могут быть легкие и тяжелые. Сравни алюминий с осмием.
• Температура плавления очень большая. Есть и исключения, например, ртуть, именно по этой причине ее используют в классических термометрах.
• Цвет – серый, серебристый, голубоватый. Редкими являются цветные изделия, например, желтые или красные.
• Увеличенная проводимость тепла и электричества, особенно у меди, поэтому имеют популярность медные провода.

Основные химические свойства металлов

В данной категории нет общих правил, так как все они разделяются на множество подгрупп по уровню активности – щелочные, актиноиды, полуметаллы и другие. Многие взаимодействуют с водой, почти все – с кислородом (кроме золота и платины),происходит окисление. Процесс проходит в нормальных условиях, если в составе много щелчки, только при нагреве – если нет. Также почти все элементы вступают в реакцию с серой и хлором.

Признаки

Перечислим черты, по которым обыватель может отличить вещества этой категории от неметаллов:

• Блеск.
• Хорошая проводимость тепла и электричества.
• Прочность.
• Подвергаются ковке и свариванию.
• Кристаллическое строение тела.
• Высокая температура плавления и кристаллизации.

Классификация и виды металлов

Есть чистые, однокомпонентные структуры и сплавы. Самым классическим примером можно назвать различные виды стали. Они различаются по ГОСТу в соответствии с добавлением легирующих добавок. Чем больше содержание углерода, тем крепче материал. Также есть общепринятое разграничение, ниже представим подтипы.

Черные

Их добывают из металлической руды. В производстве они занимают 90% от всего сырья. Обычно это чугуны и стали. Для изменения характеристик добавляют большее или меньшее количество углерода и легирующие добавки: медь, кремний, хром, никель. Одним из очень популярных подвидов является нержавейка, которая отличается своим блеском поверхности и уникальными свойствами – легкостью, высокой прочностью и устойчивостью к влажности, температурным перепадам.

Что относится к цветным металлам

Второе название – нежелезные, то есть сплавы не содержат в себе железа, а состоят из более дорогостоящих материалов. Вещества имеют различный цвет, отличаются уникальными качествами:

• долговечность;
• длительное сохранение свойств;
• образование оксидной пленки, которая препятствует коррозии.

Благодаря этому, определенные разновидности можно использовать в медицине, ювелирном деле, химической промышленности, при изготовлении электрических проводов. К цветмету относится алюминий, цинк, олово, свинец, никель, хром, серебро, золото и другие.

Медь и ее сплавы являются популярными металлами

Медная руда была обработана человеком одна из первой, потому что она подвергается холодному методу ковки и штамповки. Податливость привела к востребованности повсеместно. Кислород в составе приводит к красному отливу. Но уменьшение валентности в различных соединениях приведет к желтому, зеленому, синему цвету. Привлекательным качеством считается отличная теплопроводность – на втором месте после серебра, поэтому она применяется для проводов. Соединения могут быть:

• твердыми – в сочетании с железом, мышьяком, цинком, фосфором;
• с плохой растворимостью с висмутом, свинцом;
• хрупкими – с серой или кислородом.

К металлам относятся алюминий и сплавы

Al открыт в 1825 году и отличается легкостью и простотой в металлообработке. Производится из бокситов, при этом запасы этой горной породы практически неиссякаемы. Далее элемент соединяют в различных пропорциях с медью, марганцем, магнием, цинком, кремнием. Реже с титаном, литием, бериллием. Особенности в зависимости от добавок:

• хорошая свариваемость;
• устойчивость к коррозии;
• высокая усталостная прочность;
• пластичность.

Его применяют для изготовления ювелирных изделий, столовых приборов, а также для стекловарения, в пищевой и военной промышленности, для создания ракет и для производства водорода и тепла в алюмоэнергетике.

Все о металлах магний, титан и их сплавах

Mg – самое легкое вещество из этой группы. Не обладает прочностью, но есть достоинства, например, пластичность, химическая активность. Благодаря высокой конструкционной способности его добавляют в составы, чтобы увеличивать свариваемость, простоту металлообработки режущим ножом. Необходимо учитывать, что магний очень восприимчив к ржавлению. Титан имеет похожие качества – легкость, пластичность, серебристый цвет. Но антикоррозийная пленка появляется при первом соприкосновении с кислородом. Отличительные особенности – низкая теплопроводность, электропроводность, отсутствие магнитизма. Металл, содержащий титан, – это вещество, используемое для авиационной, химической, судостроительной промышленности.

Антифрикционные сплавы

Характерная особенность этой группы – удобство применения при механических воздействиях. Они практически не создают трения, а также снижают его у других композитов. Очень часто они выступают в качестве твердой смазки для узлов, например, для подшипников. В составе обычно бывает фторопласт, латунь, бронза, железографит и баббит.

Мягкие

Это те, у которых ослаблены металлические связи. По этой причине они имеют более низкую температуру плавления и кипения, просто деформируются. Иногда можно одним нажатием пальца сделать вмятину, ногтем оставить царапину К ним относятся: медь, серебро, золото, бронза, свинец, алюминий, цезий, натрий, калий, рубидий и другие. Одним из наиболее мягких является ртуть, она находится в природе в жидком состоянии.

Что значит твердый металл

В природе такая руда встречается крайне редко. Порода находится у упавших метеоритов. Один из наиболее популярных – хром. Он тугоплавкий и легко поддается металлообработке. Еще один элемент – вольфрам. Он очень плохо плавится, но при правильной обработке используется в осветительных приборах благодаря устойчивости к теплу и гибкости.

Металлические материалы в энергетике

Мы бы не имели такую развитую электросеть и массу приборов, потребляющих электричество, если бы ряд веществ не отличались наличием свободных электронов, положительных ионов и высокой проводимостью. Провода делают из свинца, меди и алюминия. Отлично бы подошло серебро, но его редкость влияет на стоимость, поэтому редко используется.

Особенности черных вторичных металлов

Это отходы, которые образуются в результате одного из этапа металлообработки – ковки, резки. Это могут быть обрезки или стружки. Они отправляются в сталеплавильные печи, но перед этим должны пройти проверки по ГОСТу. Лом называют чермет, его различают на стальной и чугунный по цене. Его использование очень востребовано вместо обработки руды.

Щелочноземельные сплавы

Это твердые вещества, которые имеют высокую химическую активность. В чистом виде встречаются очень редко, зато применяются в соединениях. Их значение нельзя переоценить с точки зрения анатомии человека и животного. Магний и кальций – необходимые микроэлементы.

Понятие щелочной металл

Они способны растворяться в воде, образуя щелочь. Из-за своей повышенной химической активности (вступление в реакцию происходит с бурным действием, воспламенением, выделением газа, дыма) в природе почти не встречается. Ведь на внешнем уровне всего один электрон, который легко отдается любому веществу. Гидроксиды очень важны в промышленности.

Общая характеристика материалов из d- и f-семейств

Это переходные элементы, которые могут являться как окислителями, так и восстановителями. Свойства зависят от среды, в которой они находятся. Но есть и общие:

• на внешнем уровне много электронов;
• несколько степеней окисления;
• увеличенная валентность;
• прочность;
• тягучесть;
• ковкость.

Из чего состоят побочные подгруппы металлов системы Менделеева

По сути это разновидности предыдущей категории – переходные элементы. Это линейка от скандия до цинка. Они часто выплавляются и обладают фактически такими же характеристиками, как и вышеперечисленные материалы из d- и f-семейств.

Сплавы

Чистые слитки, добываемые из руды, используются максимально редко. Это обусловлено как дороговизной, так и недостаточно хорошими качествами (чтобы исправить, добавляют углерод, легирующие добавки). Иногда в природе встречаются соединения, и нужно только подкорректировать состав. Самые известные:

• латунь;
• бронза;
• сталь;
• чугун.

Сравнение свойств

Вторая часть элементов в периодической системой отличается многообразием характеристик, поэтому почти невозможно привести полную сводную таблицу. Мы предлагаем таблицу, на которой представлено 4 отличительные черты:

Признаки	Металлы	Неметаллы
Положение в П. С.	Под диагональю бор-астат	Над ней
Строение атома	Большой атомный радиус, чисто электронов на последнем слое — от 1 до 3	Маленький, от 4 до 7 — соответственно
Физические св-ва	Электропроводность, теплопроводность, блеск, ковкость, пластичность, по агрегатному состоянию, в основном, твёрдые	Диэлектрики, неблестящие, хрупкие, газы, жидкости и летучие твёрдые вещества
Кристаллические решетки	Металлическая	Молекулярная, атомная
Химические св-ва	Восстановители	Окислительные (иногда восстанов-ли)

Мы рассказали про металл, что это за материал, как он используется. Если вам нужны станки по металлообработке, закажите их в компании «Роста». У нас в наличии и на заказ имеются ручные и полуавтоматические ленточнопильные станки, а также маятниковые, вертикальные и двухстоечные агрегаты. Цена на товары снижена в 1.5 — 2 раза по сравнению с зарубежными аналогами. Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с менеджерами, мы с радостью поможем в выборе оборудования.

Границы в области металлов и сплавов

Главный редактор по специальности

Специальность Главный редактор

Физические свойства металлов

Область применения

Раздел Физические свойства металлов представляет собой форум для распространения высококачественных фундаментальных и прикладных исследований физических свойств металлов и металлических сплавов. Мы приветствуем представление экспериментальных исследований, а также отчетов по моделированию и теоретическим анализам.

Области интересов включают, но не ограничиваются:

• Электронные и тепловые характеристики, включая удельное сопротивление, теплопроводность, теплоемкость

• Магнитное и спинтронное поведение

• Оптические свойства

• Фононы и динамика решетки

• Сверхпроводимость

• Поведение ферроиков и мультиферроиков

• Топологические металлы и полуметаллы

• Металлические поверхности и интерфейсы

• Методы измерения и характеристики

Из-за междисциплинарного характера этой области может быть частичное совпадение между этим разделом и другими журналами Frontiers, такими как Frontiers in Physics и Frontiers in Materials , а также другими специальными разделами в рамках Frontiers in Metals and Alloys.

, например Физическая металлургия , Механические свойства металлов и Коррозия и защита металлов . Авторы должны учитывать, на чем сосредоточены основные результаты их исследований.

Факты

Представление

Физические свойства металлов приветствует представление следующих типы статей: Исправление, отчет о данных, редакционная статья, гипотеза и теория, методы, мини-обзор, оригинальное исследование, перспектива, обзор.

Все рукописи должны быть представлены непосредственно в раздел Физические свойства металлов, если они рецензируются ассоциированным специалистом и Обзор редакторов специального раздела.

Заявление об открытом доступе

Философия Frontiers заключается в том, что все исследования ведутся на благо человечество. Исследования являются продуктом инвестиций общества и поэтому его плоды должны быть возвращены всем людям без границ или дискриминации, служит обществу повсеместно и в прозрачная мода.

Вот почему Frontiers предоставляет онлайн бесплатный и открытый доступ ко всем свои научные публикации. Для получения дополнительной информации об открытом доступе нажмите здесь.

Спонсор открытого доступа и институциональные мандаты

Frontiers полностью соответствует требованиям открытого доступа, публикуя его статьи под лицензией Creative Commons Attribution (CC-BY). Мандаты спонсоров, такие как Wellcome Trust (Великобритания), National Институты здоровья (США) и Австралийский исследовательский совет (Австралия) полностью совместимы с публикацией в Frontiers. Авторы сохраняют авторские права на свою работу и могут депонировать свою публикацию в любом репозиторий. Работа может быть свободно распространена и адаптирована при условии, что дается соответствующий кредит и указываются любые изменения.

Заявление об авторских правах

Под Условия использования веб-сайта Frontiers и Общие условия Frontiers для авторов, авторы статей, опубликованных в журналах Frontiers, сохраняют за собой авторские права на своих статьях, за исключением любых сторонних изображений и других материалов добавленные Frontiers, которые защищены авторскими правами соответствующих владельцы. Таким образом, авторы могут свободно распространять и переиздавать свои статьи, с учетом любых требований сторонних правообладателей и при условии полного цитирования оригинальной публикации. Посетители могут также загружать и пересылать статьи в соответствии с требованиями цитирования и с учетом любых сборов, которые Frontiers может взимать за загрузку лицензий. Возможность копировать, скачивать, пересылать или иным образом распространять любые материалы всегда подлежат любым отображаемым уведомлениям об авторских правах. Уведомления об авторских правах должны быть размещены на видном месте и не должны уничтожены, удалены или скрыты, полностью или частично.

Качество

Каждая статья Frontiers стремится к высочайшему качеству, благодаря подлинное сотрудничество между авторами, редакторами и рецензенты, в число которых входят многие из лучших ученых мира. Frontiers хорошо осведомлена о потенциальном влиянии опубликованных исследований как на будущие исследования, так и на общество и, следовательно, не поддерживает модели публикации с поверхностным обзором, легким обзором или без обзора. Исследования должны быть сертифицированы коллегами, прежде чем войти в поток знания, которые в конечном итоге могут стать доступными для широкой публики и сформировать общество. Поэтому Frontiers применяет только самые строгие и беспристрастные отзывы, установленные в соответствии с высокими стандартами Frontiers Review Система. Кроме того, только лучшие сертифицированные исследования, оцененные объективно с помощью количественных показателей на уровне онлайн-статей, распространяется на все более широкие сообщества по мере постепенного подъема уровни многоуровневой системы Frontiers от специализированного эксперта читательское внимание к общественному пониманию.

Frontiers имеет ряд процедур для поддержки и обеспечения качество публикуемых научных статей:

• 2023

  • Редколлегия Качество

    • В состав редколлегии Frontiers входят только ведущие эксперты и признанные члены научного сообщества.

      Главные редакторы, младшие редакторы и редакторы-рецензенты перечислены с указанием их имен и должностей на страницах журнала, и им рекомендуется публично указывать свои полномочия публикации.

  • Качество назначения младшего редактора

    • Заместители редактора наблюдают за рецензированием и принимают окончательное решение о принятии рукописей. Право принятия редакционных решений распределено в Frontiers, потому что мы считаем, что многие эксперты в сообществе должны иметь возможность определять направление науки на благо общества.

    • Подавшие заявку авторы могут выбрать предпочитаемого помощника редактора для обработки своей рукописи, потому что они хорошо знают, кто будет подходящим экспертом для редактирования их рукописи. Нет никаких гарантий для этого предпочтительного выбора, младшие редакторы могут отклонить приглашения в любое время, а обработка младших редакторов также может быть отменена главным редактором до того, как она / он будет приглашен для редактирования статьи или на любом другом этапе.

    • Заместители редактора уполномочены принимать редактирование рукописи только в том случае, если у них нет конфликта интересов (как указано здесь и в их приглашении на рецензирование и электронных письмах о назначении).

    • Если выяснится, что у младшего редактора есть конфликт интересов или он не может своевременно и надлежащим образом провести рецензирование, главный редактор может назначить нового помощника редактора для рукописи, который имеет полный контроль над вмешаться в процесс рецензирования в любое время.

    • Заместитель главного редактора сначала проверяет соответствие статьи основным стандартам качества и отсутствие явных объективных ошибок.

  • Качество назначения рецензента

    • Заместитель редактора может затем лично выбрать и пригласить наиболее подходящих рецензентов для рецензирования рукописи, включая редакторов-рецензентов из совета или внешних рецензентов.

    • Заместителю редактора в этом помогает программное обеспечение и интерфейс Frontiers Collaborative Review Forum, который предлагает наиболее подходящих редакторов-рецензентов на основе соответствия их опыта и темы рукописи. Однако ассоциированные редакторы могут выбрать любого рецензента, которого они сочтут подходящим.

    • По прошествии определенного периода времени и если за это время рукописи не были назначены рецензенты, в дело вступает платформа Frontiers и алгоритмическая система безопасности, которые приглашают наиболее подходящих редакторов-рецензентов на основе постоянно обновляемых и улучшаемых алгоритмов, которые соответствуют рецензенту. экспертиза представленной рукописи.

    • Рецензирование Редакторы и рецензенты уполномочены принимать для рецензирования рукопись только в том случае, если у них нет конфликта интересов (как указано здесь и в их электронных письмах с приглашением на рецензирование и заданием).

    • Алгоритмы Frontiers постоянно дорабатываются, чтобы редакторы-рецензенты лучше совпадали с рукописями, и в платформу вводятся дополнительные проверки, например, в отношении конфликта интересов.

    • Если выяснится, что конкретный рецензент имеет конфликт интересов или не может своевременно и надлежащим образом провести рецензирование, он или она заменяется альтернативным рецензентом заместителем редактора или главным редактором, который будет предупрежден и имеет полный контроль, чтобы вмешаться в рецензирование в любое время.

  • Качество этапа независимой проверки

    • На этапе независимого рецензирования назначенные рецензенты проводят углубленное рецензирование статьи независимо друг от друга, чтобы гарантировать полную свободу мнений.

    • Рецензентам помогает онлайновая стандартизированная анкета для рецензирования, адаптированная к типам статей, с целью облегчить тщательную оценку в соответствии с объективными критериями и Руководством по рецензированию Frontiers.

  • Качество этапа интерактивного обзора

    • Заместитель редактора оценивает рецензии и активирует «Интерактивную рецензию», информируя авторов о степени правок, необходимых для учета комментариев рецензентов, и запускает интерактивный дискуссионный форум, где авторы, а также рецензенты получают полный доступ ко всем обзорам отчетов.

    • Качество рукописи и рецензирования на этом этапе повышается за счет того, что авторы и рецензенты могут напрямую обсуждать друг с другом в режиме реального времени до тех пор, пока они не достигнут консенсуса и окончательная версия рукописи не будет одобрена рецензентами.

    • Личность рецензента защищена на этом этапе для обеспечения полной свободы мнений.

    • Рецензенты могут рекомендовать отклонение на данном этапе, если их запросы об исправлении объективных ошибок не выполняются авторами или если они считают статью в целом недостаточно качественной.

    • В случае возникновения спора авторы или рецензенты могут инициировать арбитраж и уведомить помощника редактора, который может назначить дополнительных рецензентов и/или довести спор до сведения главного редактора. Заместитель редактора также может принимать участие в обсуждении, и его просят выступить посредником в процессе, чтобы обеспечить конструктивную стадию пересмотра.

  • Качество этапа принятия решения

    • Решение о принятии статьи должно быть единогласным среди всех рецензентов и помощника главного редактора.

    • Имена помощника редактора и рецензентов раскрываются в опубликованных статьях, чтобы поощрять их тщательное и тщательное рецензирование, признавать хорошо проделанную работу над статьей и обеспечивать прозрачность и подотчетность рецензирования.

    • Заместители редактора могут рекомендовать отклонить статью главному редактору, который должен проверить, были ли права авторов соблюдены в процессе рецензирования, и который затем может окончательно отклонить статью, если она недостаточно качества, имеет объективные ошибки или если авторы необоснованно не желали решать вопросы, поднятые в ходе рецензирования.

    • Главные редакторы могут на любом этапе рецензирования вмешиваться, чтобы комментировать процесс рецензирования, менять назначенных редакторов, назначать себя рецензентами и даже ответственными редакторами рукописи и, следовательно, обладают полными полномочиями и всеми механизмы самостоятельной работы в своей онлайн-редакции для обеспечения качества.

  • Гарантии против финансовых конфликтов интересов

    • Только ведущие исследователи, выступающие в качестве младших редакторов и не входящие в штат Frontiers, могут принимать решения о приемке на основе рецензий, выполненных внешними экспертами, выступающими в качестве редакторов-рецензентов или рецензентов. Ни у кого нет финансового стимула для принятия статей, т. е. им не платят за их роль помощников или редакторов-рецензентов, и любая схема вознаграждения не связана с принятием рукописей.

    • Главные редакторы получают гонорар, если их раздел или область специальности достигает определенного уровня представления. Однако этот гонорар основан на общем количестве 90 233 представленных 90 234 статей в течение календарного года и 90 233, а не 90 234 количества принятых статей. Поэтому у них также нет финансового стимула принимать рукописи.

  • Качество после публикации

    • Платформа Frontiers позволяет комментировать и обсуждать статьи после публикации и, следовательно, дает возможность критически оценивать статьи даже после процесса рецензирования.

    • Frontiers имеет протокол отзыва сообществом для отзыва статей, если сообщество выдвинуло и подтвердило серьезные опасения, которые требуют отзыва, включая этические проблемы, честные ошибки или научные нарушения.

Справочник по типам металлов и сплавов: свойства и применение

Сварщики и другие работники по металлу должны знать типы металлов и сплавов, с которыми им предстоит работать, чтобы успешно сваривать, гнуть или использовать кусок металла. На этой странице рассматриваются основные типы металлов, свойства металлов (механические, физические) и тесты, используемые для идентификации металлов.

Содержимое

Определение металла

Металл имеет металлический блеск. При электролизе он имеет положительный заряд, который высвобождается на катоде. Из всех природных химических элементов известно около 87 металлов, из них 39являются коммерчески полезными.

Определение металлического сплава

Металлический сплав представляет собой металлическое вещество, но не является отдельным химическим элементом. Сплав образуется путем соединения или смеси двух или более металлов. Он может состоять из одной руды и других металлов; или один металл и другой неметалл. Примерами сплавов являются углерод и железо, образующие сталь, и медные сплавы, такие как бронза и латунь.

Металлические сплавы — это типы металлов, изготовленные для обеспечения таких свойств, как коррозионная стойкость

Металлы в периодической таблице

87 металлов находятся в периодической таблице элементов (выделены красным ниже).

Периодическая таблица с 87 типами металлов, выделенными красным цветом

Какие основные типы черных и цветных металлов?

Металлы делятся на две основные категории:

Черные металлы Определение

Черные металлы в основном содержат железо (атомарное обозначение Fe) и сплавы железа. Он включает все формы железа и сплавов на основе железа с небольшим процентным содержанием углерода (например, стали) и других элементов, добавленных для достижения желаемых свойств, таких как инструментальные стали, легированные стали, углеродистые стали, чугун и кованое железо.

Примеры черных металлов

Цветные металлы Определение

Цветные металлы состоят в основном из некоторого элемента или элементов, отличных от железа. Цветные сплавы или металлы часто содержат небольшое количество железа в качестве примеси или легирующего элемента.

Цветные металлы состоят в основном из какого-либо элемента, кроме железа

Каковы физические свойства металла?

Физические свойства металлов определяют их поведение при использовании или возможность их сварки. Физические свойства связаны с атомной структурой и плотностью материала.

Свойства включают:

• • Цвет

• • Гравитация

• • Плотность

• • Точка плавления

• • Точка кипения

• • Относительная теплопроводность

• • Коэффициент линейного расширения
  • Коррозионная стойкость

Свойства металлов

Физические свойства типов металлов

1. 1. 1. Цвет : То, как свет отражается от металла, зависит от цвета.
      2. Плотность или масса : Плотность или масса (также называемая удельным весом) относится к массе по отношению к объему. При выбранной температуре это отношение массы того же объема воды к массе данного объема металла. Температура обычно 39°F (4°C). Например, удельный вес чугуна — это отношение веса одного кубического фута чугуна к одному кубическому футу воды. Плотность или масса измеряется в граммах на кубический сантиметр или миллиметр.
      3. Температура плавления : Температура плавления металла важна при сварке.
         

         Определение температуры плавления металла

         Плавкость металла связана с его точкой плавления, температурой, при которой металл из твердого состояния переходит в расплавленное состояние.

         Чистые вещества имеют острую температуру плавления и переходят в жидкое состояние из твердого состояния при той же температуре (без изменений). Теплота выделяется при замерзании и поглощается при плавлении. Поступление или выделение тепловой энергии при изменении состояния веществ называется скрытой теплотой. При комнатной температуре единственным стандартным металлом в расплавленном состоянии является ртуть. Низкотемпературные источники тепла можно использовать для сварки металлов с низкими температурами плавления. В процессах пайки и пайки используются низкотемпературные металлы для соединения металлов с более высокой температурой плавления.

      4. Температура кипения : Температура кипения также является важным фактором при сварке.

         Определение температуры кипения металла

         Когда металл превращается из жидкости в пар, это температура кипения. Некоторые металлы испаряются под воздействием тепла дуги.

      5. Проводимость:  Электро- и теплопроводность относится к способности металла передавать или проводить электричество и тепло. Теплопроводность – это способность передавать тепло всей массе металла. Масса при сварке имеет решающее значение, поскольку один металл в зоне сварки может перемещать тепло быстрее, чем другой кусок металла. Теплопроводность металла указывает на необходимость определения размера и количества необходимого предварительного нагрева. При обсуждении теплопроводности это чаще всего относится к меди. Самая высокая теплопроводность среди обычных металлов наблюдается у меди (серебро — единственный металл, обладающий большей теплопроводностью). Другой распространенный металл, алюминий, имеет пятьдесят процентов теплопроводности меди. Сталь имеет одну десятую проводимость меди.

         Как измеряется теплопроводность?

         Мерой теплопроводности в метрах является калории на квадратный сантиметр в секунду на градус, или в США это калории на квадратный дюйм.

         Что такое электропроводность?

         Способность металла проводить электрический ток называется электропроводностью. Он представлен в процентах по отношению к серебру или меди. Проводимость уменьшается при повышении температуры металла, что связано с пониманием электрических цепей и контактной сварки.

         Что такое удельное электрическое сопротивление?

         Противоположностью электропроводности является удельное сопротивление, которое измеряется в микроомах на кубический сантиметр при стандартной температуре, обычно 20°C.

      6. Коэффициент линейного теплового расширения :  За немногими исключениями твердые тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении

         Определение коэффициента линейного теплового расширения

         Коэффициент линейного теплового расширения представляет собой меру линейного увеличения на единицу длины, основанную на изменении температуры металла. Расширение – это увеличение размеров металла под действием тепла. Расширение металла в продольном направлении известно как линейное расширение. Коэффициент линейного расширения выражается как линейное расширение на единицу длины при повышении температуры на один градус.

          

         Зависимость линейного расширения длинного тонкого металлического стержня

         Определение объемного расширения

         Объемное расширение означает, что металлы увеличиваются в размерах; они растут не только в длину, но в толщину и ширину. В разных металлах коэффициент линейного и объемного расширения меняется. Самый большой коэффициент расширения наблюдается у алюминия, при одинаковом изменении температуры он расширяется почти в 2 раза больше, чем сталь. Последствия для сварки связаны со сваркой различных материалов, креплением, контролем коробления и короблением.

      7. Коррозионная стойкость :

         Определение коррозионной стойкости

         Коррозионная стойкость — это устойчивость к истиранию или разъеданию влагой, другими агентами или воздухом.

Каковы механические свойства металла?

Механические свойства металла определяют срок службы и полезность металла. Механические свойства также используются, чтобы помочь идентифицировать и определить металлы. При сварке необходимо знать механические свойства каждого соединяемого металла. От этой информации зависит полезность любого сварного шва и его соответствие требованиям конкретного проекта.

Наиболее распространенные механические свойства:

• • прочность

• • твердость

• • пластичность
  • ударопрочность

Двумя наиболее важными свойствами металла являются пластичность и прочность.

Механические свойства различных типов металлов приведены в таблице ниже:

Таблица механических свойств распространенных металлов. Значения зависят от термической обработки, механического состояния или массы металла.

Прочность

Прочность относится к способности металла избегать структурных повреждений за счет устойчивости к внешним напряжениям или нагрузкам. Единичное напряжение, измеряемое в фунтах на квадратный дюйм, является предельной прочностью. При испытании на растяжение материал не может разорваться при медленном приложении большой нагрузки.

Прочность сплавов металлов и сплавов зависит от двух факторов:

• • Кристалл прочности металла
  • Прочность сцепления между этими кристаллами.

Какое вещество самое сильное?

Самое прочное известное вещество — вольфрам-молибден. Далее по прочности идут технически чистые металлы, никель и титан.
Чистое железо — более слабый материал. Однако железо, легированное углеродом (также известное как сталь), прочнее всех металлов, кроме вольфрама.

Свойства прочности металла

1. 1. Прочность на растяжение :

      Что такое определение предела прочности или предела прочности?

      Прочность на растяжение определяется как максимальная нагрузка при растяжении, которую материал может выдержать до разрушения, или способность материала сопротивляться разрыву под действием противоположных сил. Также известная как предел прочности, это максимальная прочность, развиваемая металлом при испытании на растяжение.

      Прочность металла на растяжение — это количество фунтов силы, необходимой для разрыва бруска материала шириной 1,0 дюйма и толщиной 1,0 дюйма

      Как определяется предел прочности металла при растяжении?

      Поведение металла при фактической растягивающей нагрузке называется испытанием на растяжение. Этот тест определяет предел упругости, уменьшение площади, предел текучести, предел текучести и относительное удлинение металла. Значение присваивается прочности металла (прочность на растяжение), выраженной в килопаскалях (кПа) или фунтах на квадратный дюйм (psi). Выражается по-другому; предел прочности на растяжение — это усилие в фунтах, необходимое для того, чтобы взять брусок материала и разорвать его на части шириной 24,5 мм (1 дюйм) и толщиной 25,4 мм (1,0 дюйм)

   2. Прочность на сдвиг :

      Что такое определение прочности на сдвиг?

      Способность металла сопротивляться разрушению под действием противоположных сил, действующих не по прямой линии, или сопротивляться разрушению под действием противоположных сил, действующих по прямой линии, но не в одной плоскости, называется прочностью на сдвиг.

       

      Прочность на сдвиг — это способность металла сопротивляться разрушению противодействующими силами, действующими не по прямой линии, или способность материала сопротивляться разрушению противодействующими силами, действующими не прямолинейно, но не в одной плоскости

   3. Усталостная прочность :

      Что такое определение усталостной прочности металла?

      Во время большого количества реверсов максимальная нагрузка, которую материал может выдержать без разрушения, представляет собой усталостную прочность.

      Груз, поддерживающий вращающийся вал, имеет силы сжатия в нижней части вала и силы растяжения в верхней части вала. При вращении вала происходит многократное циклическое изменение прочности на сжатие и растяжение. Для проектирования конструкций, таких как крылья самолетов, которые подвержены быстро меняющимся нагрузкам, требуются значения усталостной прочности. На усталостную прочность влияют состояние поверхности, микроструктура, холодная обработка и коррозионная среда.

      При частых повторениях нагрузки некоторые металлы разрушаются или разрушаются, даже если достаточное напряжение может не привести к необратимой деформации, если оно непрерывно применяется в течение относительно короткого времени. Повторение напряжения может произойти в таких местах, как хвостовик перфоратора. Чередование стресса может привести к отказу быстрее, чем повторение стресса. Изменения напряжения означают попеременное сжатие и растяжение любого материала. Усталость определяется как разрушение сплавов и металлов, которые подвергаются знакопеременным или повторяющимся напряжениям, слишком маленьким, чтобы вызвать остаточную деформацию при статическом воздействии.

   4. Прочность на сжатие :

      Что такое определение прочности на сжатие?

      Максимальная нагрузка при сжатии, которую материал может выдержать при заданной величине деформации, или способность материала выдерживать давление, действующее в заданной плоскости, называется прочностью на сжатие.

      Прочность на сжатие чугуна и бетона больше, чем их прочность на растяжение. Для большинства материалов верно обратное.

Способность выдерживать давление в заданной плоскости или максимальную нагрузку при сжатии, которую материал может выдержать до заданной степени деформации, является прочностью на сжатие.

Эластичность

Как определяется эластичность металла?

Способность металла возвращаться к своему первоначальному размеру, форме и размерам после того, как его вытягивали из формы, растягивали или деформировали, называется эластичностью. Точка, в которой начинается необратимое повреждение, является пределом упругости. Точка, когда определенное повреждение происходит при незначительном увеличении нагрузки или без него, является пределом текучести. Количество фунтов на квадратный дюйм (килоПаскалей), необходимое для деформации или повреждения предела текучести, называется пределом текучести.

Что такое модуль упругости?

Отношение внутреннего напряжения к произведенной деформации является модулем упругости. Он выражает жесткость материала. Для стали и большинства металлов это постоянное свойство, на которое очень мало влияет термическая обработка, горячая или холодная обработка или фактическая предельная прочность металла.

Что такое закон Гука?

Согласно закону Гука: «Степень, в которой упругое тело изгибается или вытягивается из формы, прямо пропорциональна силе (напряжению), действующей на него». Но этот закон действует только в пределах определенного диапазона.

Пластичность

Что такое определение пластичности металла?

Свойство, которое позволяет металлу растягиваться без разрыва или изменяться без разрыва, называется пластичностью металла. Это способность материала, такого как медь, постоянно растягиваться или вытягиваться без разрушения. Испытание на растяжение может определить пластичность металла путем измерения процентного удлинения. Отсутствие пластичности — это когда вы не видите необратимого повреждения до того, как металл сломается или треснет (например, с чугуном).

В частности,   возможность вытягивания проволоки из большего диаметра в меньший называется пластичностью. Эта операция включает в себя как удлинение, так и уменьшение площади.

Пластичность — это способность металла, такого как медь, вытягиваться или растягиваться под нагрузкой растяжения и постоянно деформироваться без разрушения или разрыва

Пластичность

Каково определение пластичности металла?

Пластичность — это способность металла, такого как свинец, серебро или золото, сильно деформироваться без разрыва. Пластичность аналогична пластичности.

Пластичность наряду с прочностью считается двумя наиболее важными свойствами, которыми может обладать металл.

Ковкость

Ковкость – это способность материала постоянно деформироваться при сжатии без разрушения или разрыва. Именно это свойство позволяет прокатывать и ковать металлы в тонкие листы.

Ковкость – это свойство металла, при котором он может быть деформирован или сжат в прокатные листы

Большинство типов металлов обладают повышенной ковкостью и пластичностью при более высоких температурах. Например, железо и никель очень пластичны при нагревании до ярко-красного цвета.

Различные металлы не обладают одними и теми же двумя свойствами ковкости и пластичности в одинаковой степени. Олово, серебро, свинец и золото обладают высокой ковкостью. Исключительная ковкость наблюдается в золоте, и его можно скатывать в листы, достаточно тонкие, чтобы пропускать свет. Олово и свинец относительно ковкие, но не обладают прочностью на растяжение, необходимой для превращения в тонкую проволоку.

Уменьшение площади

Это мера пластичности. Он берется из испытания на растяжение после разрушения путем записи первоначальной площади поперечного сечения образца в площадь поперечного сечения.

Хрупкость

Свойством, противоположным пластичности или пластичности, является хрупкость. Он может разорваться без большой деформации. Твердые металлы часто хрупкие. Термины не должны быть синонимами или путаться. Хрупкий металл — это металл, который не может быть постоянно визуально деформирован или не обладает пластичностью.

Хрупкость металла, продемонстрированная отказом

Внезапный отказ называется «хрупкостью». Это происходит, когда металл ломается без предупреждения или с постоянной видимой деформацией. Когда металл достигает своего предела упругости, он имеет небольшое сопротивление разрыву.

Прочность

Прочность – это сочетание средней пластичности и высокой прочности. Это способность материала или металла сопротивляться разрушению, а также способность сопротивляться разрушению после начала повреждения. Закаленный металл, такой как холодное долото, может выдерживать значительные нагрузки, внезапные или медленные, или прикладываемые, и деформируется перед разрушением. Прочность — это способность материала сопротивляться началу постоянной деформации, а также способность сопротивляться ударам или поглощать энергию.

Способность материала поглощать энергию, включая энергию как пластической деформации, так и упругости при постепенном приложении нагрузки, называется ударной вязкостью. Вообще говоря, ударная вязкость относится как к пластичности, так и к прочности. Таким образом, низкопрочное легкодеформируемое вещество является жестким. Материал высокой прочности, но с малой пластичностью, например закаленная инструментальная сталь, также не является жестким. Настоящим прочным металлом является тот, который быстро распределяет внутри себя как результирующую деформацию, так и напряжение, вызванное быстро приложенной нагрузкой.

Обрабатываемость и свариваемость

Свойство обрабатываемости и свариваемости — это легкость или трудность, с которой типы металлов поддаются механической обработке или сварке.

Стойкость

Стойкость к истиранию Определение

Стойкость к износу при трении – это стойкость к истиранию.

Износостойкая накладка из карбида хрома для обеспечения стойкости к истиранию

Определение коррозионной стойкости и усталости

Устойчивость к атмосферному износу или разъеданию, влаге или другим агентам, таким как кислота, является коррозионной стойкостью.

Коррозионно-стойкие алюминиевые панели

Тип усталостного разрушения — коррозионная усталость, при которой предел выносливости снижается из-за коррозии с образованием ямок, которые действуют как центры развития усталостных трещин. Более того, когда усталостные напряжения разрушают любую металлическую защитную пленку, коррозия образует полости, которые распространяются через трещины в пленке и действуют как стрессоры.

Если усталостная металлическая деталь подвергается воздействию коррозионных агентов, таких как масло, не очищенное от кислоты, или влажная атмосфера, напряжение, необходимое для разрушения, снижается. Единичное напряжение прочной термообработанной легированной стали, подверженной коррозионной усталости, будет не больше, чем у относительно слабой конструкционной стали. Важно защитить поверхности материала, подверженные усталости, от коррозии с помощью гальванического покрытия и цинкования.

Ударопрочность

Сопротивление металла ударам оценивается по ударной вязкости. Металл может обладать удовлетворительной пластичностью при статических нагрузках, но может разрушаться при динамических нагрузках или ударах. Ударная вязкость металла определяется путем измерения энергии, поглощаемой при разрушении.

Твердость

Как определяется твердость металла?

Способность металла сопротивляться проникновению и износу другим металлом или материалом называется твердостью. Требуется сочетание прочности и твердости, чтобы противостоять тяжелым ударам. Твердость металла ограничивает легкость его механической обработки, поскольку твердость увеличивается по мере снижения ударной вязкости.

Термическая обработка может упрочнить Сталь. Причина термической обработки стали состоит в том, чтобы сделать сталь более подходящей структурно и физически для каждого конкретного применения.

В таблице ниже показана твердость различных металлов.

Твердость – это способность металла сопротивляться износу и проникновению другого металла или материала. Требуется сочетание твердости и прочности, чтобы выдержать тяжелые удары.

Таблица преобразования твердости металлов (продолжение)

Типы металлов: испытания на твердость

• Испытание на твердость по Бринеллю :  Закаленный стальной шарик медленно толкают с известной силой к испытуемой металлической поверхности. Измеряется диаметр вмятины на поверхности. С помощью стандартных таблиц определяется число твердости по Бринеллю (bhn).
• Испытание на твердость по Роквеллу:  В этом испытании измеряется разница между глубиной, на которую контрольная точка вдавливается в металл под действием легкой нагрузки, и глубиной, на которую она вдавливается под действием тяжелой нагрузки. Сначала применяется легкая нагрузка. Затем, удерживая деталь в неподвижном состоянии, прикладывают большую нагрузку. Циферблат показывает число твердости. Буквенные обозначения, такие как B и C по шкале Роквелла, указывают на величину тяжелой нагрузки и тип используемого пенетратора.
• Проверка твердости с помощью склероскопа:  Твердость измеряется с помощью молотка с алмазным наконечником, который падает под собственным весом с фиксированной высоты и отскакивает от поверхности. Шкала измеряет отскок от гладкой поверхности.

Механические свойства металлов

(ранжированные в порядке наличия свойств)

Прочность	Хрупкость	Пластичность	Мягкость	Коррозия
Copper Nickel Iron Magnesium Zinc Aluminum Lead Tin Cobalt Bismuth	White Cast Iron Gray Cast Iron Hardened Steel Bismuth Manganese Bronzes Aluminum Brass Structured Steels Zinc Monel Олово Медь Железо	Золото Серебро Платина Железо Никель Медь Алюминий Вольфрам Цинк Олово Свинец	Gold Silver Aluminum Copper Tin Lead Zinc Iron	Gold Platinum Silver Mercury Copper Lead Tin Nickel Iron Zinc Magnesium Aluminum

Как идентифицировать металлы

Когда вы выбираете типы металлов для использования в производстве, для выполнения механического ремонта или даже для определения, поддается ли металл сварке, вы должны быть в состоянии определить его основной тип.