Реферат на тему механические свойства металлов

  • Федеральное государственное 
    образовательное 
    учреждение
  •      высшего профессионального 
    образования
  •      «Национальный исследовательский 
    технологический 
    университет»
  • «Московский институт стали и 
    сплавов»
  • Новотроицкий 
    филиал
     
  • Кафедра металлургических технологий 
       
  •      КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

МАТЕРИАЛОВЕДЕНЬЕ

По теме «Механические свойства металлов и сплавов» 
   

                                               Группа : ЭиУ – 08 – 25з

                                               Выполнила студент:              Е. С. Прохорова

                                               Проверил преподаватель:     Е. П. Большина    
 

Новотроицк 2010

Введение……………………………………………………………………………3

1. Упругая и пластическая деформация, разрушение …………………..……4

  1. Растяжение……………………………..………………………………..……..6
  2. Сжатие…………………………………………………..……………..……….9
  3. Твердость……………………………………………………….……….…….10
  4. Ударная вязкость и хрупкость……………………………….………..……11
  5. Усталость………………………………………………………….……..……13

7. Ползучесть…………………………………………………….…………..…13

  1. Заключение………………………………………………………………………16
  2. Литература……………………………………………………………………….18 
          
          
         
  3. ВВЕДЕНИЕ 

     Чаще 
механические свойства металла характеризуют 
следующими величинами: 1) прочностью,  под которой понимают сопротивление 
металла (сплава) деформации и разрушению; 2) пластичностью, т. е. способностью металла к остаточной деформации (остающейся после удаления деформирующихся сил) без разрушения.

     Малую пластичность или ее отсутствие называют хрупкостью. В результате механических испытаний получают численные значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического состояния материала.

     Механические 
свойства дают возможность конструкторам 
и технологам установить, в каких 
пределах нагрузок и в каких условиях можно использовать материал.

     Широко 
используют механические испытания 
и для контроля качества изготовления и обработки металла на металлургических и машиностроительных заводах.

     Механические 
свойства характеризуют поведение  тел под действием механических напряжений. Такие напряжения возникают при эксплуатации металлических изделий, а так же в процессе их изготовления. Поэтому механические свойства – это важнейшие для инженера характеристики металлов и сплавов.

     Механические 
свойства определяют  с помощью 
механических испытаний специально изготовленных образцов.

Механические свойства зависят не только от химического состава и структуры материала, но и от условий испытаний: формы и размеров образца, скорости нагружения и других факторов.

Большинство механических свойств очень сильно зависит от структуры, например от размера зерна и плотности дислокаций, т. е. относятся к разряду структурно – чувствительных свойств.   
 

1 Упругая и пластическая 
деформация, разрушение

        
Если напряжение, приложенное к металлическому образцу, не слишком велико, то его деформация оказывается упругой – стоит снять напряжение, как его форма восстанавливается. Некоторые металлические конструкции намеренно проектируют так, чтобы они упруго деформировались.

Так, от пружин обычно требуется довольно большая упругая деформация. В других случаях упругую деформацию сводят к минимуму. Мосты, балки, механизмы, приборы делают по возможности более жесткими. Упругая деформация металлического образца пропорциональна силе или сумме сил, действующих на него.

Это выражается законом Гука, согласно которому напряжение равно упругой деформации, умноженной на постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости: s = eY, где s – напряжение, e – упругая деформация, а Y – модуль упругости (модуль Юнга).

Модули упругости ряда металлов представлены в табл. 1.

       Таблица 1

Металл  Вольфрам Железо (сталь) Медь Алюминий Магний Свинец
Модуль  Юнга,   105 МПа 3,5 2,0 1,1 0,70 0,45 0,18

  

       Пользуясь данными этой таблицы, можно вычислить, например, силу, необходимую для того, чтобы растянуть стальной стержень квадратного поперечного сечения со стороной 1 см на 0,1% его длины:

F =
Y
´A´DL/L = 200 000 МПа ´ 1 см2´0,001 = 20 000 Н (= 20 кН)

       Когда к металлическому образцу прикладываются напряжения, превышающие его предел упругости, они вызывают пластическую (необратимую) деформацию, приводящую к необратимому изменению его формы. Более высокие напряжения могут вызвать разрушение материала.

       Важнейшим критерием при выборе металлического материала, от которого требуется высокая упругость, является предел текучести.

У самых лучших пружинных сталей практически такой же модуль упругости, как и у самых дешевых строительных, но пружинные стали способны выдерживать гораздо большие напряжения, а следовательно, и гораздо большие упругие деформации без пластической деформации, поскольку у них выше предел текучести.

       Пластические 
свойства металлического материала (в 
отличие от упругих) можно изменять путем сплавления и термообработки. Так, предел текучести железа подобными 
методами можно повысить в 50 раз.

Чистое железо переходит в состояние текучести уже при напряжениях порядка 40 МПа, тогда как предел текучести сталей, содержащих 0,5% углерода и несколько процентов хрома и никеля, после нагревания до 950° С и закалки может достигать 2000 МПа.

       Когда металлический материал нагружен с 
превышением предела текучести, он продолжает деформироваться пластически, но в процессе деформирования становится более твердым, так что для 
дальнейшего увеличения деформации требуется все больше повышать напряжение. Такое явление называется деформационным или механическим упрочнением (а также наклепом).

Его можно продемонстрировать, скручивая или многократно перегибая металлическую проволоку. Деформационное упрочнение металлических изделий часто осуществляется на заводах. Листовую латунь, медную проволоку, алюминиевые стержни можно холодной прокаткой или холодным волочением довести до уровня твердости, который требуется от окончательной продукции.

 
 

2  Растяжение  

       Соотношение между напряжением и деформацией 
для материалов часто исследуют, проводя испытания на растяжение, и при этом получают диаграмму растяжения – график, по горизонтальной оси которого откладывается деформация, а по вертикальной – напряжение (рис. 1).

Хотя при растяжении поперечное сечение образца уменьшается (а длина увеличивается), напряжение обычно вычисляют, относя силу к исходной площади поперечного сечения, а не к уменьшенной, которая давала бы истинное напряжение. При малых деформациях это не имеет особого значения, но при больших может приводить к заметной разнице. На рис.

1 представлены кривые деформация – напряжение для двух материалов с неодинаковой пластичностью. (Пластичность – это способность материала удлиняться без разрушения, но и без возврата к первоначальной форме после снятия нагрузки.) Начальный линейный участок как той, так и другой кривой заканчивается в точке предела текучести, где начинается пластическое течение.

Для менее пластичного материала высшая точка диаграммы, его предел прочности на растяжение, соответствует разрушению. Для более пластичного материала предел прочности на растяжение достигается тогда, когда скорость уменьшения поперечного сечения при деформировании становится больше скорости деформационного упрочнения.

На этой стадии в ходе испытания начинается образование «шейки» (локальное ускоренное уменьшение поперечного сечения). Хотя способность образца выдерживать нагрузку уменьшается, материал в шейке продолжает упрочняться. Испытание заканчивается разрывом шейки.

       Рис. 1. Диаграмма растяжения

       Диаграмма растяжения для двух металлов с разной пластичностью: сравнительно хрупкого (штриховая линия) и более пластичного (сплошная линия). Пределы текучести обоих металлов почти совпадают. Более хрупкий металл разрушается по достижении своего предела прочности при растяжении, а более пластичный – пройдя через свой предел прочности.

       Типичные 
значения величин, характеризующих 
прочность на растяжение ряда металлов и сплавов, представлены в табл. 2. Нетрудно видеть, что эти значения для одного и того же материала 
могут сильно различаться в зависимости 
от обработки.  

       Таблица 2

Металлы и сплавы Состояние Предел  текучести, МПа Предел  прочности на растяжение, МПа Удлинение, %
Малоуглеродистая  сталь (0,2% С) Горячекатанная 300 450 35
Среднеуглеродистая  сталь (0,4% С,   0,5% Mn) Упрочненная и отпущенная 450 700 21
Высокопрочная сталь (0,4% С, 1,0% Mn,  1,5% Si, 2,0% Cr, 0,5%Мo) Упрочненная и отпущенная 1750 2300 11
Серый чугун После литья 175–300 0,4
Алюминий  технически чистый Отожженный 35 90 45
Алюминий  технически чистый Деформационно-упрочненный 150 170 15
Алюминиевый сплав (4,5% Cu, 1,5% Mg,  0,6% Mn) Упрочненный старением 360 500 13
Латунь  листовая (70% Cu, 30% Zn) Полностью отожженная        80        300        66
Латунь  листовая (70% Cu, 30% Zn) Деформационо- упрочненная 500 530 8
Вольфрам, проволока Тянутая до диаметра 0,63 мм 2200 2300 2,5
Свинец После литья 0,006 12 30

 

3  Сжатие

. Упругие и пластические свойства при сжатии обычно весьма сходны с тем, что наблюдается при растяжении (рис. 2).

Кривая соотношения между условным напряжением и условной деформацией при сжатии проходит выше соответствующей кривой для растяжения только потому, что при сжатии поперечное сечение образца не уменьшается, а увеличивается.

Если же по осям графика откладывать истинное напряжение и истинную деформацию, то кривые практически совпадают, хотя при растяжении разрушение происходит раньше.

Рис. 2. Диаграммы растяжения и сжатия.

Кривая 
условного напряжения для сжатия проходит выше, чем для растяжения, только потому, что при сжатии поперечное сечение увеличивается, а не уменьшается. 

4 Твердость 

     Твердость материала – это его способность сопротивляться пластической деформации. Поскольку испытания на растяжение требуют дорогостоящего оборудования и больших затрат времени, часто прибегают к более простым испытаниям на твердость.

При испытаниях по методам Бринелля и Роквелла в поверхность металла при заданных нагрузке и скорости нагружения вдавливают «индентор» (наконечник, имеющий форму шара или пирамиды). Затем измеряют (часто это делается автоматически) размер отпечатка, и по нему определяют показатель (число) твердости. Чем меньше отпечаток, тем больше твердость.

Читайте также:  Виды швеллера по форме

Твердость и предел текучести – это в какой-то мере сравнимые характеристики: обычно при увеличении одной из них увеличивается и другая.

Может сложиться впечатление, что в 
металлических материалах всегда желательны максимальные предел текучести и твердость. На самом деле это не так, и не только по экономическим соображениям (процессы упрочнения требуют дополнительных затрат).

     Во-первых, материалам необходимо придавать форму 
различных изделий, а это обычно осуществляется с применением процессов (прокатки, штамповки, прессования), в которых важную роль играет пластическая деформация. Даже при обработке на металлорежущем станке очень существенна пластическая деформация.

Если твердость материала слишком велика, то для придания ему нужной формы требуются слишком большие силы, вследствие чего режущие инструменты быстро изнашиваются. Такого рода трудности можно уменьшить, обрабатывая металлы при повышенной температуре, когда они становятся мягче.

Если же горячая обработка невозможна, то используется отжиг металла (медленные нагрев и охлаждение).

Механические свойства металлов

Определение 1

Металлы – это химические элементы, которые обладают характерными металлическими свойствами.

В промышленности металлы используются в качестве конструкционных, инструментальных и электротехнических материалов. Металлы классифицируются по двум основным признакам:

  1. Химические свойства. Согласно данному признаку металлы делятся на щелочные (калий, литий, натрий), щелочноземельные (кальций, барий, стронций), переходные (титан, железо, никель, уран, молибден, кобальт, платина, вольфрам), постпереходные (алюминий, олово).
  2. Физические свойства и отрасли промышленности. Согласно данному признаку металлы делятся на тяжелые (медь, свинец, кобальт, ртуть, кадмий), тугоплавкие (вольфрам, молибден), цветные (медь, олово, цинк, свинец, никель), благородные (серебро, олово, металлы платиновой группы).

К основным механическим свойствам металлов относятся:

  1. Твердость. Данное свойство металла заключается в способности металла оказывать сопротивление пластической деформации при проникновении в него более твердого тела.
  2. Прочность. Данное свойство металла заключается в способности металла сопротивляться разрушениям и деформациям. Под разрушением в данном случае понимается процесс развития в металле трещин, которые становятся причиной его разделения на части. Под деформацией понимается изменение размеров и формы тела под действием внутренних сил или внешних воздействий.
  3. Пластичность. Данное свойство металла заключается в его способности к получению остаточных изменений размеров и формы без нарушения сплошности, то есть способность металла к пластической деформации.
  4. Вязкость. Данное свойство металла заключается в его способности поглощать механическую энергию внешних сил благодаря пластической деформации.

Определение механических свойств металлов, испытание на растяжение и трещиностойкость

Все методы, которые используются для определения механических свойств металлов делятся на три группы: циклические, статические и динамические.

При циклических методах нагрузка многократно изменяется по направлению и величине, в данном случае определяется усталость. При статических методах нагрузка растет плавно и медленно.

Благодаря статическим методам можно определить твердость и способности на растяжение, изгиб, кручение, сжатие. При динамических методах нагрузка возрастает с большой скоростью.

При испытании на растяжение определяются предел текучести, предел прочности, относительное сужение и относительное удлинение. Данное испытание проводятся при помощи разрывных машин. В результате измерений получается диаграмма, пример которой изображен на рисунке ниже. На оси ординат отмечаются нагрузки, прилагаемые к исследуемому образцу, а на оси абсцисс указываются значения деформации.

Рисунок 1. Диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Предел прочности металла представляет собой его способность выдерживать нагрузку без разрушения. При растяжении образец удлиняется, а поперечное сечение образца непрерывно уменьшается. Истинное напряжение определяется посредством деления действующей в определенный момент нагрузки на площадь образца в данный момент. В современной практике истинное напряжение не определяется.

Предел текучести — нагрузка, при которой происходит пластическая деформация. У большинства сплавов в случае испытания на растяжение на диаграммах отсутствует площадка текучести.

Поэтому определяется условный предел текучести, соответствующий пластической деформации 0,2 %. Под пределом упругости имеется в виду напряжение, при котором пластическая деформация достигает заданного значения.

Как правило используются значения остаточной деформации 0,005, 0,02, 0,05 %. Таким образом, например:

  • $s0.05 = Рпр/F0$
  • где: Рпр — нагрузка, при которой остаточное удлинение составляет 0,05 %; F0 — площадь поперечного сечения испытуемого образца.
  • Пластичность металла характеризуется относительным сужением и относительным удлинением:
  • $d = [(lk — lo)/lo]∙100% $
  • $y = [(Fo – Fk)/Fo]∙100%,$
  • где: d — относительное удлинение; у — относительное сужение; lk — конечная длина образца; l0 — начальная длина образца; F0 — начальная площадь поперечного сечения; Fк — площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Для малопластичных металлов испытания на растяжение сопровождаются некоторыми затруднениями, потому что незначительные перекосы являются причиной существенных погрешностей при определении разрушающей способности. Потому такие металлы, обычно подвергаются испытанию на изгиб.

Определение 2

Трещиностойкость – это способность металла сопротивляться распространению трещин.

Трещиностойкость характеризуется коэффициентом интенсивности напряжений. Он определяется экспериментально на образце, на дне которого инициирована усталостная трещина. Чтобы рассчитать данный коэффициент фиксируют усилие в момент роста трещины на некоторую величину и перехода к ее нестабильному распространению.

Физические, химические, механические, технологические, эксплуатационные, свойства металлов (перечислить)

К основным механическим свойствам металлов относятся прочность, вязкость, пластичность, твердость, выносливость, ползучесть, износостойкость. Они являются главными характеристиками металла или сплава.

Рассмотрим некоторые термины, применяемые при характеристике механических свойств. Изменения размеров и формы, происходящие в твердом теле под действием внешних сил, называются деформациями, а процесс, их вызывающий,— деформированием. Деформации, исчезающие при разгрузке, называются упругими, а не исчезающие после снятия нагрузки — остаточными или пластическими.

Напряжением

называется величина внутренних сил, возникающих в твердом теле под влиянием внешних сил.

Под прочностью материала понимают его способность сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. О прочности судят по характеристикам механических свойств, которые получают при механических испытаниях.

К статическим испытаниям на прочность относятся растяжение, сжатие, изгиб, кручение, вдавливание. К динамическим относятся испытания на ударную вязкость, выносливость и износостойкость.

Эластичностью называется способность материалов упруго деформироваться, а пластичностью — способность пластически деформироваться без разрушения.

  Как закалить алюминий в домашних условиях

Вязкость

— это свойство материала, которое определяет его способность к поглощению механической энергии при постепенном увеличении пластической деформации вплоть до разрушения материала. Материалы должны быть одновременно прочными и пластичными.

  • Твердость
  • — это способность материала сопротивляться проникновению в него других тел.
  • Выносливость
  • — это способность материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно-переменных нагрузок.
  • Износостойкость
  • — это способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.
  • Ползучесть
  • — это способность материала медленно и непрерывно пластически деформироваться (ползти) при постоянном напряжении (особенно при высоких температурах).
  • Поведение некоторых металлов (например, отожженной стали) при испытании на растяжение показано на рис. 3

. При увеличении нагрузки в металле сначала развиваются процессы упругой деформации, удлинение образца при этом незначительно. Затем наблюдается пластическое течение металла без повышения напряжения, этот период называется текучестью.

Напряжение, при котором продолжается деформация образца без заметного увеличения нагрузки, называют пределом текучести. При дальнейшем повышении нагрузки происходит развитие в металле процессов наклепа (упрочнения под нагрузкой).

Наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца, называют пределом прочности при растяжении.

Рис. 3. Диаграмма деформации при испытании металлов на растяжение.

Напряженное состояние

  Концентраты растворов для хромирования на 3 м2

— это состояние тела, находящегося под действием уравновешенных сил, при установившемся упругом равновесии всех его частиц.

Остаточные напряжения — это напряжения, остающиеся в теле, после прекращения действия внешних сил, или возникающие при быстром нагревании и охлаждении, если линейное расширение или усадка слоев металла и частей тела происходит неравномерно.

https://www.youtube.com/watch?v=AgVMHCdeHss\u0026t=38s

Внутренние напряжения образуются при быстром охлаждении или нагревании в температурных зонах перехода от пластического к упругому состоянию металла. Эти температуры для стали соответствую 400—600°. Если образующиеся внутренние напряжения превышают предел прочности, то в деталях образуются трещины, если они превышают предел упругости, то происходит коробление детали.

Читайте также:  Чем лучше армировать газосиликатные блоки арматурой или сеткой

Предел прочности при растяжении в кг/мм2

определяется на разрывной машине как отношение нагрузки Р в кГ, необходимой для разрушения стандартного образца (рис. 4, а ), к площади поперечного сечения образца в мм2.

Рис. 4. Методы испытания прочности материалов: а — на растяжение; б — на изгиб; в — на ударную вязкость; г — на твёрдость

Предел прочности при изгибе в кГ/мм2

определяется разрушением образца, который устанавливаете» на двух опорах (рис. 4, б ), нагруженного по середине сосредоточенной нагрузкой Р.

Для установления пластичности материала определяют относительное удлинение δ при растяжении или прогиб ƒ при изгибе.

Относительное удлиненней δ в %

определяется на образцах, испытуемых на растяжение. На образец наносят деления (рис. 4, а) и измеряют между ними расстояние до испытания (l0) и после разрушения (l) и определяют удлинение

δ = l-lo / lo · 100%

Прогиб при изгибе в мм определяется при помощи прогибомера машины, указывающего прогиб ƒ, образующийся на образце в момент его разрушения (рис. 4, б).

Ударная вязкость в кГм/см2 определяется на образцах (рис. 4, в

), подвергаемых на копре разрушению ударом отведенного в сторону маятника. Для этого работу деформации в кГм делят на площадь поперечного сечения образца в см 2.

Твердость по Бринелю (НВ) определяют на зачищенной поверхности образца, в которую вдавливают стальной шарик (рис. 4, г

  Проектирование СКС – основные требования

) диаметром 5 или 10 мм под соответствующей нагрузкой в 750 или 3000 кГ и замеряют диаметр d образовавшейся лунки. Отношение нагрузки в кГ к площади лунки πd2 / 4 в мм2 дает число твердости.

Показатели для механических свойств для основных сплавов приведены в табл. 1

.

Классификации и свойства различных металлов

Металлами называют группу простых веществ, отличающихся от всех остальных своими характерными свойствами. В природных условиях их нельзя встретить в чистом виде – только в качестве руд и соединений. Изучением их свойств занимаются специалисты по химии, физике, металловедению.

При работе с металлами необходимо учитывать целый ряд их качеств. Механические характеристики влияют на их возможность сопротивляться деформации и разрушению.

По технологическим свойствам оценивают целесообразность использования различных подходов к обработке.

Химические особенности влияют на реакцию с разными веществами, а физические свидетельствуют об определенных реакциях на изменение теплового, гравитационного и электромагнитного поля.

При классификации отталкиваются от таких свойств твердых металлов, как:

  1. Твердость, то есть устойчивость к разрушению.
  2. Прочность, или способность не изменять форму, структуру, размеры после воздействия динамической, статической, знакопеременной нагрузки.
  3. Упругость, то есть сохранение целостности при изменении формы и возможность принять первоначальный вид.
  4. Пластичность, которая предполагает сохранение формы и целостности под действием сил.
  5. Износостойкость или сохранение параметров изделия при трении в течение долгого времени.
  6. Вязкость – это способность удерживать целостность в условиях повышающегося физического воздействия.
  7. Усталость, то есть число и период циклических воздействий, которые твердый металл может выдержать, при этом не потеряв целостности.
  8. Жароустойчивость, или возможность сохранять свойства даже при высоких температурах.

Ключевой характеристикой интересующих нас материалов является отрицательный коэффициент проводимости электричества. Он повышается при снижении температуры, а при ее увеличении частично либо совсем теряется.

К второстепенным признакам относятся характерный блеск и высокая температура плавления.

Также нужно понимать, что существуют типы металлов, являющихся соединениями, которые играют роль восстановителей во время окислительно-восстановительных реакций.

Все свойства твердых металлов связаны между собой, поскольку от составляющих материала зависят остальные его качества. Самая известная классификация металлов предполагает деление на черные и цветные, однако их оценивают и по ряду других признаков.

Черные металлы обладают высокой плотностью, им свойственна большая температура плавления и темно-серый окрас. Основными представителями данной группы являются железо и его сплавы. Чтобы добиться от сплавов специфических свойств, в них вносят легирующие добавки.

Все черные твердые металлы делят на подгруппы:

  1. Железные: железо, кобальт, марганец, никель. Чаще всего они играют роль основы либо добавки к сплавам.
  2. Тугоплавкие: вольфрам, молибден, титан, хром. Для их плавления требуется более высокая температура, чем для работы с железом. Именно из них изготавливают легированные стали.
  3. Редкоземельные: лантан, неодим, церий. Они обладают схожими химическими свойствами, но при этом имеют различные физические параметры. Их используют в качестве присадки к сплавам.
  4. Урановые, или актиноиды: актиний, нептуний, плутоний, торий, уран. Основная сфера их применения – это атомная энергетика.
  5. Щелочноземельные: кальций, литий, натрий – не используются сами по себе.

К черной группе относятся сплавы железа с разной долей углерода и дополнительными химическими элементами, такими как кремний, сера, фосфор. На производствах активно используются сталь и чугун.

В норме сталь содержит до 2 % углерода, ей свойственна пластичность и высокие технологические показатели. В чугуне содержание углерода выше и может доходить до 5 %. Свойства данного сплава можно изменять за счет добавления различных химических элементов: за счет серы и фосфора повышается хрупкость, хром и никель позволяет придать чугуну стойкость к высоким температурам и коррозии.

Рекомендовано к прочтению

  • Резка меди лазером: преимущества и недостатки технологии
  • Виды резки металла: промышленное применение
  • Металлообработка по чертежам: удобно и выгодно

Цветные металлы используются чаще черных, так как большинство из них является сырьем для прокатных изделий. Кроме того, эти твердые материалы нашли применение в металлургии, машиностроении, радиоэлектронике, сфере высоких технологий и целом ряде других областей.

По физическим параметрам такие металлы классифицируют следующим образом:

  1. Тяжелые: кадмий, никель, олово, ртуть, свинец, цинк. В природе они встречаются в прочных соединениях.
  2. Легкие: алюминий, магний, стронций, титан и другие. Выделяются на фоне других небольшой температурой плавления.
  3. Благородные: золото, платина, родий, серебро. Имеют высокую стойкость к коррозии.

В целом, цветные металлы обладают небольшой плотностью и температурой плавления, также они пластичны и обычно имеют белый, желтый или красный цвет. Так как эти материалы не могут похвастаться высокой прочностью, их не используют в чистом виде, а изготавливают легкие сплавы различного назначения. В том числе их применяют при производстве техники.

Отметим, что материалы, относящиеся к данной группе, обладают внушительным атомным весом и более высокой плотностью, чем железо.

На производствах активно используется медь в качестве проводника электрического тока. Она имеет розовато-красный оттенок, низкое удельное сопротивление, хорошо проводит тепло, отличается небольшой плотностью, хорошей пластичностью и устойчивостью к образованию ржавчины.

Не менее актуальны для сферы производства сплавы меди, такие как бронза (с добавлением алюминия, никеля или олова) и латунь (с цинком). Бронза используется для изготовления мембран, круглых и плоских пружин, червячных пар и различных видов арматуры. Латунь идет на изготовление лент, листов, проволоки, труб, втулок, подшипников.

Группа тяжелых металлов относится к основным причинам, из-за которых ухудшается состояние экологии. Токсичные вещества сбрасываются в естественные водоемы вместе со сточными водами промышленных предприятий. Некоторые вещества данной группы способны накапливаться в живых организмах.

Ртуть высокотоксична, ее соединения попадают в атмосферу во время сжигания угля на электростанциях, после чего вместе с осадками оказываются в водоемах.

Это приводит к тому, что в организме пресноводной и морской рыбы, а также других обитателей данных систем постепенно накапливается высокая доля опасного вещества.

При потреблении в пищу таких морепродуктов человек может отравиться, что нередко приводит к летальному исходу.

Кадмий – рассеянный и достаточно редкий элемент, но и он попадает в океан вместе со сточными водами с металлургических предприятий. В небольших количествах кадмий содержится в нашем организме, однако при серьезном превышении данного уровня он разрушает костную ткань и приводит к анемии.

Свинец в рассеянном состоянии содержится практически везде. Но его избыточная доля в организме человека приводит к проблемам со здоровьем.

Читайте также:  Металл необходимый для батареек

  Буронабивные сваи: технология устройства и расчет

Помимо твердых, выделяют также мягкие виды металлов.

Алюминий имеет серебристо-белый оттенок, небольшой вес, хорошую электропроводность, устойчив к коррозии и пластичен. Благодаря таким свойствам, этот материал широко используется в строительстве самолетов, электрической и пищевой промышленности. Также сплавы алюминия незаменимы в машиностроении.

Магний достаточно легко поддается коррозии, однако является незаменимым материалом для применения в технической области. В сплавах с магнием используют алюминий, марганец и цинк, так как они легко поддаются резанию и имеют высокую прочность. Такие соединения применяются для изготовления корпусов фотоаппаратов, двигателей и других приборов.

Титан используется в машиностроительной, ракетной отраслях и химической промышленности. Сплавы на его основе обладают небольшой плотностью, отличными механическими свойствами, устойчивы к коррозии и без труда обрабатываются давлением.

Существует ряд твердых металлов, которые редко встречаются в природе, при этом их добыча сопряжена с большими трудозатратами. Речь идет о металлах благородной группы, таких как:

  • золото;
  • серебро;
  • платина;
  • родий.

Люди узнали о золоте и его свойствах еще в каменном веке. Этот металл встречается в природе в виде самородков с небольшой долей примесей либо его можно найти в виде сплавов с серебром. Золото имеет высокую теплопроводность, низкое сопротивление и хорошую ковкость, все эти свойства особенно ценят ювелиры.

Серебро уступает золоту по ценности. В природе его чаще всего можно найти в виде серебряной руды. Серебро мягкое, пластичное, тепло- и электропроводное.

Платина была открыта только в середине XX века и считается редким материалом. Дело в том, что его можно найти лишь в залежах в виде различных сплавов, что усложняет его добычу. Основная ценность платины состоит в том, что она не вступает в реакцию с кислотами, а при нагревании не меняет цвет и не окисляется.

Родий тоже входит в число благородных твердых металлов. Он имеет серебристо-голубой оттенок, устойчив к химическому воздействию, не боится перепадов температур, при этом остается хрупким и теряет свои свойства под механическим воздействием.

Кроме того, металлы принято делить на твердые и мягкие.

К самым мягким металлам относят калий, натрий, рубидий и цезий. В эту же группу входят золото, серебро, медь и алюминий. Золото можно найти в морских комплексах, осколках гранитов и даже в организме человека.

Оно способно разрушаться при воздействии внешних факторов. Мягкое серебро используют в качестве материала для посуды, ювелирных изделий. Натрий активно применяется в большинстве промышленных отраслей.

Ртуть является самым мягким металлом в мире, ею пользуются в сельскохозяйственной, химической промышленности, электротехнике.

Физические свойства металлов

Среди основных общих физических свойств металлов можно выделить:

Плавление.

  • Плотность.
  • Теплопроводность.
  • Тепловое расширение.
  • Электропроводность.
  • Важным физическим параметром металла является его плотность или удельный вес. Что это такое? Плотность металла – это количество вещества, которое содержится в единице объема материала.

    Чем меньше плотность, тем металл более легкий. Легкими металлами являются: алюминий, магний, титан, олово. К тяжелым относятся такие металлы как хром, марганец, железо, кобальт, олово, вольфрам и т. д.

    (в целом их имеется более 40 видов).

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

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

    Помимо теплопроводности все металлы проводят электрический ток, правда, некоторые делают это лучше, а некоторые хуже (это зависит от строения кристаллической решетки того или иного металла).

    Способность металла проводить электрический ток называется электропроводностью.

    Металлы, обладающие отличной электропроводностью, это золото, алюминий и железо, именно поэтому их часто используют в электротехнической промышленности и приборостроении.

    Механические свойства

    • К основными механическим свойствам металлов относятся:
    • ¦ твёрдость,
    • ¦ прочность,
    • ¦ пластичность,
    • ¦ вязкость.

    Твердость является одной из важнейших характеристик.

    Твёрдость — это свойство металла оказывать сопротивление пластической деформации при проникновении в него другого более твердого тела на поверхностные слои материала.

    Измерение твёрдости имеет широкое применение для контроля качества изделий.

    В зависимости от методов испытания различают значение твердости по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу. Твердость по Бринеллю обозначают символом HB (твердостью менее 450 единиц) и HBW (твердостью более 450 единиц). Твердость по Виккерсу обозначают буквами HV. Твердость по Роквеллу обозначают символом HR с указанием шкалы твердости A, B или C.

    Под деформацией (рис.1, приложение А) металла понимают изменение формы и размеров тела под действием внешних воздействий или внутренних сил. Деформация в твердых телах может быть упругой и пластической. Упругой называется деформация, полностью исчезающая после прекращения действующих на неё нагрузок, и пластической если она после снятия нагрузок не исчезает.

    Прочность — способность металла сопротивляться деформациям и разрушению. Под разрушением понимают процесс развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части. Прочность определяют в результате статического испытания на растяжение.

    Пластичность — способность металла к пластической деформации (т.е. получению остаточных изменений формы и размеров без нарушения сплошности). Пластичность используют при обработке металлов давлением.

    Вязкость — это способность металла поглощать механическую энергию внешних сил за счёт пластической деформации.

    Технологические свойства

    Под технологическими свойствами понимают способность подвергаться различным видам обработки.

    Технологические свойства определяют при технологических пробах, которые дают качественную оценку пригодности металлов к тем или иным способам обработки. Образец, подвергнутый технологической пробе (рис.2, приложение Б), осматривают. Признаком того, что образец выдержал испытание, является отсутствие трещин, надрывов, расслоения или излома.

    1. Из технологических свойств наибольшее значение имеют:
    2. ¦ обрабатываемость резанием,
    3. ¦ свариваемость,
    4. ¦ ковкость,
    5. ¦ прокаливаемость
    6. ¦ литейные свойства.

    Обрабатываемость резанием — комплексное свойство металла, характеризующее способность его подвергаться обработке резанием и определяется по скорости, усилию резания и по чистоте обработки.

    Испытания по скорости и усилию резания производятся путем сравнения показателей, полученных при обработке данного металла, с показателями обрабатываемости эталонной марки стали (автоматная сталь марки А12).

    Показатель чистоты обработанной поверхности определяется измерением высоты неровностей, образующихся на поверхности металла после снятия стружки режущим инструментом.

    Свариваемость — способность металла давать доброкачественное соединение при сварке, характеризуется отсутствием трещин и других пороков в швах и прилегающих к шву зонах основного металла. Хорошей свариваемостью обладают конструкционные стали; значительно худшую свариваемость имеют чугуны, медные и алюминиевые сплавы, которые требуют специальных технологических условий при сварке.

    Ковкость — способность металлов и сплавов без разрушения изменять свою форму при обработке давлением. Многие металлы и сплавы обладают достаточно хорошей ковкостью в нагретом состоянии, а в холодном состоянии — латунь и алюминиевые сплавы; пониженной ковкостью характеризуется бронза.

    Прокаливаемость — способность стали воспринимать закалку на определенную глубину от поверхности. Она зависит от присутствия легирующих элементов в составе и размеров зерен структуры.

    Литейные свойства металлов и сплавов характеризуются жидкотекучестъю и усадкой.

    Жидкотекучесть — способность металла или сплава в расплавленном состоянии заполнять литейную форму. Для повышения жидкотекучести к ним добавляют легирующие компоненты, например, фосфор — в медные сплавы и чугун, кремний — в алюминиевые сплавы.

    Усадкой называется уменьшение объема расплавленного металла или сплава при его затвердевании. На степень усадки влияют многие факторы: химический состав расплава, скорость охлаждения и др.

    Эксплуатационные свойства

    Эксплуатационные свойства определяются в зависимости от условий работы машин и механизмов специальными испытаниями. Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.

    Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление износу, т.е. изменению размеров и формы вследствие разрушения поверхностного слоя изделия при трении. Испытания материалов на износ производят на образцах в лабораторных условиях, а деталей — в условиях реальной эксплуатации.

    К эксплуатационным свойствам также относятся хладностойкость, жаропрочность, антифрикционность и другие.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector