Упругость металла это свойство физическое механическое или технологическая

Свойства металлов и сплавов делятся на:

1. физические;
2. механические;
3. технологические;
4. химические.

Физические свойства

Цвет и блеск. Эти два свойства обусловливают в основном внешний вид металла и являются чрезвычайно существенными для художника. Этими свойствами характеризуются художественно-эстетические достоинства металлов как материалов, из которых создаются произведения искусства.

Каждый металл или сплав обладает определенным присущим ему цветом. Однако большинство из них имеет довольно однообразную гамму серовато-белых, серебристых тонов, то более теплых, то холодных.

Исключение составляют два металла: золото, имеющее насыщенный желтый цвет, и медь, отличающаяся сильным оранжево-красным цветом. Добавка этих металлов в сплавы придает им желтые и красные оттенки. В табл.

1 приведены цвета наиболее распространенных в художественной промышленности металлов и сплавов.

Таблица 1

Часто готовые художественные изделия, выполненные из одних металлов, покрывают тонким слоем других, более эффективных по цвету или блеску металлов: например, золочение серебра и бронзы, хромирование и никелирование стали, серебрение меди и латуни и т. п.

Иногда для обогащения цвета применяют не сам металл, а его окислы или другие химические соединения. Такой прием носит название оксидирования или патинирования.

Этим способом можно получить очень разнообразные по силе и яркости тона и значительно расширять цветовую палитру художника-металлиста.

Оксидирование позволяет получить различные оттенки желтых, зеленых, синих, голубых, фиолетовых, красных, коричневых, черных цветов, весьма прочных и стойких против внешних условий.

Плотность. По плотности все металлы разделяются на легкие и тяжелые. Легкими принято называть металлы с плотностью до 3, а тяжелыми — с плотностью от 6 и выше.

В табл. 2 приведены плотности металлов и сплавов, наиболее часто применяемых в художественных изделиях.

Таблица 2

Плавкость, или температура плавления. Температуры плавления металлов и их сплавов находятся в огромных пределах.

Например, некоторые легкоплавкие сплавы (сплав Вуда) плавятся уже при температуре 60°С, а наиболее тугоплавкий из металлов — вольфрам плавится только при 3380°С.

Ртуть является примером металла, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Она плавится при температуре минус 39°С.

По температурам плавления все металлы разделяются на легкоплавкие (температура плавления не превышает 700°С) и тугоплавкие — свыше 900°С.

В табл. 3 приведена температура плавления некоторых металлов в градусах Цельсия.

Таблица 3

Как видно из табл. 3, к легкоплавким металлам относятся: олово, свинец, цинк, кадмий, сурьма, алюминий, магний и их сплавы.

Легкоплавкие металлы идут для приготовления легкоплавких сплавов и мягких припоев.

К тугоплавким металлам относятся: серебро, золото, платина, медь, никель, марганец, железо, хром, вольфрам и др.

Механические свойства

Механические свойства имеют большое значение при конструировании и производстве изделий художественной промышленности.

Прочность, или крепость,- это свойство металлов выдерживать различные нагрузки не разрушаясь. Прочность — одно из важных свойств металлов. При проектировании художественных изделий выбор металлов и сплавов осуществляется с учетом их прочности.

Для точного определения и измерения прочности из металла или сплава изготовляют образец и подвергают его испытанию на специальной разрывной машине, которая постепенно, но с возрастающей силой растягивает образец до полного его разрыва.

Наибольшее напряжение, которое может выдержать образец металла не разрушаясь, называется пределом прочности для данного металла или временным сопротивлением разрыву.

Упругость — свойство металла принимать свою первоначальную форму после снятия нагрузки.

При постепенном увеличении нагрузки на образец во время испытания его на разрывной машине он сначала вытягивается упруго, как резина или пружина. Если нагрузку снять, то образец снова сократится и примет свою первоначальную длину.

Наибольшее напряжение металла, после которого он возвращается к своей первоначальной длине, называется пределом упругости.

Если при дальнейшем повышении нагрузки напряжение превышает предел упругости и удлинение сохраняется после разгрузки образца, то такое состояние называют остаточным удлинением.

Затем наступает предел текучести, при котором образец продолжает удлиняться без увеличения нагрузки — в этом случае металл «течет».

Такая способность к текучести используется в штамповочном производстве, особенно при глубокой вытяжке.

Наибольшей упругостью обладает хромоникелевая закаленная сталь. Алюминий и медь совершенно не обладают упругостью — даже при незначительной нагрузке они образуют остаточное удлинение, а не упругое.

Пластичность — свойство металла изменять свою форму под действием силы, не проявляя признаков разрушения (трещин, разрывов и т. п.), и сохранять полученную форму после снятия нагрузки. Это свойство также определяется и измеряется на разрывной машине.

Пластичность металла характеризуется удлинением образца за время испытания. Для определения степени пластичности пользуются следующим приемом: после разрыва образца складывают его части и измеряют общую их длину.

Отношение приращения длины к его первоначальной длине, выраженное в процентах, является показателем пластичности металла и называется относительным удлинением. Это свойство металлов имеет большое значение в давильном и штамповочном производстве, а также при дифовке, чеканке, прокатке и волочении.

Высокой пластичностью обладают драгоценные металлы — золото, серебро, платина и их сплавы; не менее пластичны медь и свинец. Почти совершенно отсутствует это свойство у чугуна, сурьмы и некоторых других металлов.

Твердость — свойство металлов сопротивляться проникновению в них другого тела под действием внешней нагрузки. От этого свойства зависит возможность обработки металлов тем или иным инструментом. Например, при обработке резанием на станках важно знать твердость обрабатываемого металла, чтобы подобрать соответствующий резец, сверло или фрезу.

Для определения твердости существует несколько способов и специальных приборов. Наиболее распространенные и общепринятые следующие.

Способ Бринелля. Определение твердости этим способом заключается в том, что в испытуемый металл при помощи специального пресса вдавливается определенной нагрузкой стальной закаленный шарик.

От давления шарика на металле образуется лунка, отпечаток. Чем мягче металл, тем площадь лунки больше.

Диаметр лунки определяется мерительной лупой, а затем в специальной таблице находят число твердости по Бринеллю.

В табл. 4 приведены числа твердости по Бринеллю для некоторых металлов.

Таблица 4

Способ Роквелла. Определение твердости этим способом производится тоже путем вдавливания в металл алмазной призмы или стального шарика, но отсчет ведется не по площади, а по разнице глубины отпечатка между глубиной от стандартной нагрузки, равной 10 кг, и заданной.

Измерение производят специальным прибором — индикатором, и число твердости показывает сам прибор.

Способ Шора. Измерение по этому способу производится при помощи специального прибора — склероскопа. При этом стальной боек падает на испытуемый металл с определенной высоты.

Твердость металла характеризуется высотой, на которую отскакивает боек. Чем тверже металл, тем больше высота отскока.

Этот способ удобен тем, что он не портит поверхности и может применяться к готовым изделиям художественной промышленности.

Выносливость — свойство металлов выдерживать не разрушаясь большое количество повторяющихся переменных нагрузок.

Все механические свойства значительно изменяются в зависимости от температурных условий. Так, например, прочность всех металлов при нагреве понижается, а пластичность в большинстве случаев увеличивается.

Изменение свойств металлов в условиях пониженных температур изучено еще недостаточно. Однако хорошо известно, что на холоде у некоторых металлов резко падает пластичность и они становятся хрупкими. С этой точки зрения все металлы делятся на три группы:

1. хладоломкие — сталь некоторых марок, цинк и его сплавы;
2. нехладоломкие — медь, алюминий;
3. хрупкие — металлы, обладающие хрупкостью и при нормальных условиях, например серый чугун.

Технологические свойства

При выборе металла или сплава для производства художественных изделий кроме физических и механических свойств учитывают и технологические свойства, т. е. способность металлов обрабатываться различными приемами и методами без особых затруднений.

Наиболее существенными являются следующие свойства.

Жидкотекучесть — свойство, обеспечивающее хорошее заполнение формы расплавленным металлом. Величина жидкотекучести зависит от атомного веса, температуры плавления, степени поверхностного натяжения и других показателей.

Металлы и сплавы, обладающие высокой жидкотекучестью, позволяют получать высокохудожественные отливки.

Они легко заполняют мельчайшие детали форм и хорошо передают все детали модели, включая и фактуру поверхности.

Хорошей жидкотекучестью обладают следующие металлы и сплавы: цинк и его сплавы, чугун, бронза, олово, силумин (сплав алюминия с кремнием), а также некоторые магниевые сплавы и литейные латуни.

Существует понятие, обратное жидкотекучести,- густоплавкость. Металлы и сплавы, обладающие густоплавкостью, даже при высоком нагреве остаются густыми и при заливке форм плохо их заполняют. К густоплавким относятся чистое серебро, красная медь, сталь.

Литейная усадка — уменьшение объема при переходе из жидкого состояния в твердое. При охлаждении металла отливка сокращается и как бы отходит от стенок формы. Отливка всегда меньше модели, по которой сделана форма. Величина усадки бывает различной. Металлы и сплавы с большой усадкой менее применимы для литья.

В табл. 5 приведены литейные усадки некоторых металлов и сплавов.

Таблица 5

Зная величину литейной усадки, можно определить, насколько больше следует изготовить форму, чтобы получить отливку нужного размера.

Ковкость — свойство металла изменять свою форму под действием ударов или давления не разрушаясь. Степень ковкости зависит от многих параметров. Наиболее существенными из них являются следующие: пластичность, степень нагрева, величина деформирующего усилия, наличие примесей и др.

Металлы могут коваться как в холодном состоянии, например красная медь, золото, так и в горячем, например сталь.

Это свойство широко используется при изготовлении художественных кованых изделий из малоуглеродистой стали (ранее называемой ковочным железом).

Малоуглеродистая сталь, раскаленная докрасна, становится настолько пластичной и мягкой, что из нее можно изготовлять художественные изделия самой разнообразной сложной формы.

Свариваемость — способность металла прочно соединяться путем местного нагрева и расплавления свариваемых кромок изделия. , Чистые металлы свариваются легче, а сплавы труднее.

Легко свариваются изделия из малоуглеродистой стали. Чем выше процент содержания углерода в стали, тем свариваемость ее хуже.

Наиболее затруднительной считается сварка высокоуглеродистых легированных сталей и особенно чугуна.

Спекаемость — свойство, в результате которого образуется металлокерамика.

При этом металлы, предварительно измельченные в порошок, смешиваются, запрессовываются в специальные формы и подвергаются действию высокой температуры и давления до спекания.

Различные металлы спекаются неодинаково — одни лучше, другие хуже. Способом спекания сейчас производят особо твердые стойкие сплавы, например победит, который применяется при изготовлении режущих инструментов.

Обрабатываемость резанием на различных станках (токарном, фрезерном и пр.

), а также способность шлифоваться и полироваться — это свойства, играющие существенную роль в производстве художественных изделий и особенно в отделке (полировании).

Хорошо режутся бронзы, латуни и некоторые марки сталей, алюминия и чугуна. Особенно плохо обрабатываются на станках детали из красной меди и из свинца и его сплавов.

Химические свойства

Из химических свойств металлов практически наиболее важными в производстве изделий художественной промышленности являются растворение и окисление.

Растворение, или разъедание,— это способность металлов и сплавов растворяться в сильных кислотах и едких щелочах. Наиболее часто в производстве употребляются серная, азотная и соляная кислоты, а также смесь азотной и соляной кислот, называемая «царской водкой», а из щелочей — едкий натр и едкое кали.

Свойство металлов растворяться имеет очень широкое применение в самых различных областях производства художественных изделий из металла. При этом следует различать случаи, когда растворение носит частичный характер и ограничивается только поверхностным слоем металла, а также случаи полного растворения металла и перехода его в раствор. Примерами частичного растворения с поверхности являются:

• травление изделий в кислотах для получения чистой поверхности или узора (рис. 2); Рис. 2. Вазы из алюминия, обработанные травлением. Художник Л. Линакс
• травление медных досок при изготовлении офорта и т. п.

Примерами полного растворения металла являются:

• растворение цинка в соляной кислоте для приготовления хлористого цинка, употребляемого в качестве флюса при пайке;
• растворение серебра в азотной кислоте при приготовлении азотнокислого серебра и т. п.

Окисление — способность металлов соединяться с кислородом и образовывать окислы металлов. При окислении вес металла увеличивается на вес кислорода, который с ним соединяется. Обычно почти все металлы и сплавы покрыты с поверхности тонкой оксидной (или окисной) пленкой, представляющей собой тончайший слой, состоящий из окислов.

Скорость образования такой пленки на поверхности изделия из различных металлов неодинакова. Например, магний и алюминий окисляются особенно быстро, бронза и латунь значительно медленнее, а изделия из золота и платины совсем не окисляются.

Особенно быстро окисление происходит при нагреве до высоких температур. В этом случае на поверхности металла быстро образуется более толстый слой, состоящий из окислов, который называется окалиной.

Чем выше нагрев и больше доступ воздуха к нагреваемому изделию, тем толще слой образующейся окалины.

Если металл нагревать в условиях избытка воздуха или кислорода, то весь металл может превратиться в окалину.

В одних случаях способность металлов к окислению и образование на их поверхности оксидной пленки является желательным, так как такая пленка предохраняет изделие от дальнейшего окисления металла в глубину и носит название защитной пленки. Таковы окисные пленки на изделиях из алюминиевых сплавов.

В других случаях образование окислов на поверхности металлов является нежелательным, например трудности пайки и сварки алюминиевых изделий обусловлены быстрым образованием очень прочной оксидной пленки, которая препятствует соприкосновению припоя с чистой поверхностью металла. Очень нежелательно и образование окалины на стальных изделиях в процессе их закалки, которая появляется даже при содержании кислорода в атмосфере, не превышающем 0,2%.

Механические, физические, химические и технологические свойства металлов

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

• Прочность — это способность материала сопротивляться раз­рушающему воздействию внешних сил.
• Твердость — это способность материала сопротивляться вне­дрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.
• Вязкостью называется свойство материала сопротивляться раз­рушению под действием динамических нагрузок.
• Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои раз­меры и форму после прекращения действия нагрузки.
• Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.
• Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под дей­ствием внешних сил без остаточных деформаций.

При статических испытаниях на растяжение определяют вели­чины, характеризующие прочность, пластичность и упругость мате­риала.

Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l0 и диа­метром d0. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 1, а) до разрушения.

Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Напряжение σ — это отношение силы Р к площади поперечного сечения F0, МПа:

1. σ = P/F0,
2. Деформация характеризует изменение размеров образца под дей­ствием нагрузки, %:
3. ε = [(l1-l0)/l0] · 100,
4. где l1 — длина растянутого образца.
5. Деформация может быть упру­гой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остаю­щейся после снятия нагрузки).

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

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

Предел текучести σт — это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1).

Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести σ0,2 — напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %.

Предел прочности (или временное сопротивление) σв — это на­пряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдержи­вает образец при испытании.

• Относительное удлинение после разрыва δ — отношение при­ращения длины образца при растяжении к начальной длине l0, %:
• δ = [(lk-l0)/l0]·100,
• где lк — длина образца после разрыва.

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

1. б – диаграмма растяжения
2. Относительным сужением после разрыва ψ называется умень­шение площади поперечного сечения образца, отнесенное к началь­ному сечению образца, %:
3. ψ = [(F0-Fk)/F0]·100,

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

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

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

Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С).

Вдавли­вание производится под действием двух нагрузок — предваритель­ной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000. 1500 Н для шкал А, В и С соответственно.

Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.

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

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

KC=A/F

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

• К физическим свойствам материалов относится плотность, тем­пература плавления, электропроводность, теплопроводность, магнит­ные свойства, коэффициент температурного расширения и др.
• Плотностью называется отношение массы однородного матери­ала к единице его объема.
• Это свойство важно при использовании материалов в авиационной и ракетной технике, где создаваемые кон­струкции должны быть легкими и прочными.

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

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

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

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

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

Химические свойства характеризуют склонность материалов к взаимодействию с различными веществами и связаны со способнос­тью материалов противостоять вредному действию этих веществ.

Способность металлов и сплавов сопротивляться действию различ­ных агрессивных сред называется коррозионной стойкостью, а аналогичная способность неметаллических материалов — химической стойкостью.

1. К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаро­стойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др.
2. Жаростойкость характеризует способность металлического ма­териала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.
3. Жаропрочность характеризует способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре.
4. Износостойкость — это способность материала сопротивлять­ся разрушению его поверхностных слоев при трении.
5. Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ядерного облучения.

Технологические свойства определяют способность материалов подвергаться различным видом обработки.

Литейные свойства харак­теризуются способностью металлов и сплавов в расплавленном состоя­нии хорошо заполнять полость литейной формы и точно воспроизво­дить ее очертания (жидкотекучестъю), величиной уменьшения объема при затвердевании (усадкой), склонностью к образованию трещин и пор, склонностью к поглощению газов в расплавленном состоянии.

Ковкость — это способность металлов и сплавов подвергаться различ­ным видам обработки давлением без разрушения. Свариваемость опре­деляется способностью материалов образовывать прочные сварные сое­динения. Обрабатываемость резанием определяется способностью материалов поддаваться обработке режущим инструментом.

Теория сплавов

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

Фазой называют однородную часть сплава, характеризующуюся определенными составом и строением и отделенную от других частей сплава поверхностью раздела.

Под структурой понимают форму размер и характер взаимного распо­ложения фаз в металлах и сплавах.

Структурными составляющими называют обособленные части сплава, имеющие одинаковое строе­ние с присущими им характерными особенностями.

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

Механическая смесь двух компонентов А и В образуется, если они не способны к взаимодействию или взаимному растворению. Каждый компонент при этом кристаллизуется в свою кристалличес­кую решетку.

Структура механических смесей неоднородная, состо­ящая из отдельных зерен компонента А и компонента В.

Свойства механических смесей зависят от количественного соотношения ком­понентов: чем больше в сплаве данного компонента, тем ближе к его свойствам свойства смеси.

Химическое соединение образуется когда компоненты сплава А и В вступают в химическое взаимодействие. При этом при этом соотношение чисел атомов в соединении соответствует его химичес­кой формуле АmВn .

Химическое соединение имеет свою кристалли­ческую решетку, которая отличается от кристаллических решеток компонентов. Химические соединения имеют однородную структу­ру, состоящую из одинаковых по составу и свойствам зерен.

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

Твердые растворы внедрения образуются когда атомы растворенного компонента внедряются в кристаллическую решетку компонента -растворителя (рис. 6, в). Твердый раствор имеет однородную струк­туру, одну кристаллическую решетку.

В отличие от химического соединения твердый раствор существует не при строго определен­ном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Обо­значают твердые растворы строчными буквами греческого алфавита: α, β, γ, δ и т. д.

Диаграмма состояния

Диаграмма состояния показывает строе­ние сплава в зависимости от соотношения компонентов и от темпера­туры. Она строится экспериментально по кривым охлаждения спла­вов (рис. 8). В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не при постоянной температуре, а в интервале температур. Поэтому на кривых охлаждения сплавов имеется две критические точки.

В верхней критической точке, называемой точкой ликвидус (tл), начина­ется кристаллизация. В нижней критической точке, которая называ­ется точкой солидус (tc), кристаллизация завершается. Кривая охлаж­дения механической смеси (рис. 8, а) отличается от кривой охлаждения твердого раствора (рис. 8, б) наличием горизонтального участка.

На этом участке происходит кристаллизация эвтектики.

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

Диаграмму состояния строят в координатах температура-концен­трация. Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазо­вых состояний. Вид диаграммы зависит от того, как взаимодейству­ют между собой компоненты. Для построения диаграммы состояния используют большое количество кривых охлаждения для сплавов раз­личных концентраций.

При построении диаграммы критические точ­ки переносятся с кривых охлаждения на диаграмму и соединяются линией. В получившихся на диаграмме областях записывают фазы или структурные составляющие.

Линия диаграммы состояния на ко­торой при охлаждении начинается кристаллизация сплава называется линией ликвидус, а линия на которой кристаллизация завершается — линией солидус.

Виды диаграмм состояния

Диаграмма состояния сплавов, обра­зующих механические смеси (рис. 9), характеризуется отсутствием растворения компонентов в твердом состоянии. Поэтому в этом спла­ве возможно образование трех фаз: жидкого сплава Ж, кристаллов А и кристаллов В.

Линия АСВ диаграммы является линией ликвидус: на участке АС при охлаждении начинается кристаллизация компонента А, а на участке СD — компонента В. Линия DСВ является линией солидус, на ней завершается кристаллизация А или В и при постоян­ной температуре происходит кристаллизация эвтектики Э.

Сплавы концентрация которых соответствует точке С диаграммы называются эвтектическими, их структура представляет собой чистую эвтектику.

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

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

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии показана на рис 11. В этом сплаве могут существовать три фазы — жидкий сплав, твердый раствор α компонента В в компоненте А и твердый раствор β компонента А в компоненте В. Данная диаграмма содержит в себе элементы двух пре­дыдущих.

Линия АСВ является линией ликвидус, линия АDСЕВ — линией солидус. Здесь также образуется эвтектика, имеются эвтек­тический, доэвтектический и заэвтектический сплавы. По линиям FD и EG происходит выделение вторичных кристаллов αIIи βII(вслед­ствие уменьшения растворимости с понижением температуры).

Про­цесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы называется вторичной кристаллизацией.

Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соеди­нение (рис. 12) характеризуется наличием вертикальной линии, соот­ветствующей соотношением компонентов в химическом соединении АmВn.

Эта линия делит диаграмму на две части, которые можно рас­сматривать как самостоятельные диаграммы сплавов, образуемых одним из компонентов с химическим соединением. На рис.

12 изоб­ражена диаграмма для случая, когда каждый из компонентов образу­ет с химическим соединением механическую смесь.

Механические и технологические свойства металла

Для того чтобы определить механические свойства металлов, специалисты проводят механические испытания. Именно это позволяет им выявить твердость, прочность, вязкость металла, а также другие механические свойства этого материала. Чтобы определить механические свойства металла, необходимо взять технологические пробы для определения видов обработки для конкретного металла.

Механические свойства металлов

Металлы обладают целым рядом механических свойств:

Твердость металла представляет собой его способность препятствовать проникновению в материал другого более твердого вещества. Твердость определяется благодаря специальной минералогической шкале Мосса. Специалисты отмечают, что практически все металлы находятся в твердом состоянии. Исключением являются ртуть, галлий, цезий и франций.

Считается, что чем больше металл сопротивляется при увеличивающихся ударных нагрузках, тем более он вязок.

Это свойство противоположно вязкости. Определяется в том случае, когда металл можно разрушить с применением силы. Самым хрупким металлом считается чугун.

Наиболее ярким примером пластичного металла является чугун. Чем большие нагрузки выдерживает металл, при этом, не разрушаясь и сохраняя придаваемую форму после того, как воздействие на материал прекратилось, тем больше металл пластичен.

Это свойство превращает собой способность металла возвращать свой первоначальный вид после воздействия на материал внешними силами. Упругость является важным качеством при изготовлении стальных пружин, которые должны возвращать свою форму после их растяжки.

Технологические свойства металла

Технологические свойства металла определяются изменениями механических и физических свойств металла. Это происходит в зависимости от обработки металла резанием, литьем, ковкой и другими способами. Каковы же технологические свойства металла?

• Представляет собой способность металла к деформации.
• Это свойство определяется во время закалки металла и обуславливается тем, чем глубже металл можно закалить, тем большей прокаливаемостью он обладает.
• Это свойство способно выявиться при соединении двух металлических частей посредством их сварки.
• Текучесть представляет собой способность металла в жидком состоянии растекаться, заполняя определенную форму.

Где купить металлопрокат?

Купить металлопрокат в Санкт-Петербурге и в Москве дешево можно в компании Оптовые базы. Более того, на сайте компании Вы сможете выбрать необходимый вид металла, обратившись в Каталог металлопроката.

Чтобы оформить заказ, достаточно позвонить по телефону, указанному на сайте компании, или отправить заявку по Интернету.

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

Отношение массы тела к его объему является постоянной вели­чиной для данного вещества и называется плотностью.

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, который показывает, на какую долю первоначальной длины l0 при 0 °С удлинилось тело вследствие нагревания его на 1°С. Единица измерения α — °С-1.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

1. Обрабатываемость металлов характеризуется их механическими свойствами: твердостью, прочностью, пластичностью.
2. Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях.
3. Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.
4. Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться действию агрессивных кислотных, щелочных сред.
5. Жаростойкость – это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.
6. 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.