Для чего нужно знать свойство металлов

Металлические изделия и детали используются в разных сферах промышленности. Существует множество видов металлов и каждый из них обладает сильными и слабыми сторонами. При изготовлении деталей для машин, самолётов или промышленного оборудования мастера обращают внимание на характеристики материала. Поэтому требуется знать свойства металлов и сплавов.

Свойства металлов и сплавов

У металлов есть признаки, которые их характеризуют:

1. Высокие показатели теплопроводности. Металлические материалы хорошо проводят электричество.
2. Блеск на изломе.
3. Ковкость.
4. Кристаллическая структура.

Не все материалы прочные и обладают высокими показателя износоустойчивости. Это же касается плавления при высоких температурах.

Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.

Черные

Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:

1. Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
2. Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
3. Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.

Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.

Цветные

Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:

1. Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
2. Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
3. Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.

Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.

Основные виды сплавов

Человечество знакомо с различными металлическими сплавами. Самыми многочисленными из них являются соединения на основе железа. К ним относятся ферриты, стали и чугун. Ферриты имеют магнитные свойства, в чугуне содержится более 2,4% углерода, а сталь — это материал с высокой прочность и твердостью.

Отдельное внимания требуют металлические сплавы из цветных металлов.

Производство стали

Цинковые сплавы

Соединения металлов, которые плавятся при низких температурах. Смеси на основе цинка устойчивы к воздействию коррозийных процессов. Легко обрабатываются.

Алюминиевые сплавы

Популярность алюминий и сплавы на его основе получили во второй половине 20 века. Этот материал обладает такими преимуществами:

1. Устойчивость к низким температурам.
2. Электропроводность.
3. Малый вес заготовок в сравнении с другими металлами.
4. Износоустойчивость.

Однако нельзя забывать про то, что алюминий плавится при низких температурах. При температуре около 200 градусов характеристики ухудшаются.

Алюминий применяется при изготовлении комплектующих к машинам, производстве деталей для самолётов, составляющих промышленного оборудования, посуды, инструментов. Не многие знают, что алюминий популярен в сфере производства оружия. Связано это с тем, что детали из алюминия не искрят при сильном трении.

Чтобы увеличить прочность детали, алюминий смешивают с медью. Чтобы заготовка выдерживала давление — с марганцем. Кремний добавляют, чтобы получить обычную отливку.

Медные сплавы

Сплавы на основе меди — марки латуни. Из этого материала изготавливаются детали высокой точности, так как латунь легко обрабатывать. В составе сплава может содержаться до 45% цинка.

Свойства сплавов

Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.

Двигатель внутреннего сгорания

Физические свойства

Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:

1. Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
2. Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
3. Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
4. Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
5. Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
6. Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.

Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.

Химические свойства

Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:

1. Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
2. Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
3. Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.

Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.

Механические свойства

Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:

• прочность;
• твердость;
• пластичность;
• вязкость;
• хрупкость;
• устойчивость к механическим нагрузкам.

Технологические свойства

Технологические свойства определяют способность металла или сплава изменяться при обработке:

1. Ковкость. Обработка заготовки давлением. Материал не разрушается. Структура изменяется.
2. Свариваемость. Восприимчивость детали к работе сварочным оборудованием.
3. Усадка. Происходит этот процесс при охлаждении заготовки после её разогрева.
4. Обработка режущим инструментом.
5. Ликвация (затвердевание жидкого металла при понижении температуры).

Основной способ обработки металлических деталей — нагревание.

Свойства металлов и сплавов отвечают за то, как себя будет вести готовое изделие при эксплуатации. При обработке материалов также важно знать его характеристики.

( 3 оценки, среднее 3.67 из 5 )

Основные свойства металлов и сплавов

Введение. (Основные понятия, техника, технология, механизм, машина, конструкционные материалы)

Техника — Совокупность средств человеческой деятельности, созданная для осуществления процессов производства и обеспечения непроизводственных потребностей общества. Техника развивается по мере развития науки и технологии.

Технология – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, применяемых в процессе производства для получения готовой продукции.

Конструкционные материалы – материалы, применяемые для изготовления деталей машин и механизмов, транспортных средств, сооружений, приборов. В качестве конструкционных материалов используются пластмассы, бетон, стекло, древесина, резина, композиционные материалы и т.д.

Механизм – совокупность подвижно соединенных звеньев, совершающих под действием приложенных сил определенные целесообразные движения. По структурно-конструктивным признаком различают кулачковые, зубчатые, винтовые, гидравлические и т.д.

• Машины – механические устройства с согласованно работающими частями осуществляющие определенные целесообразные движения для преобразования энергии, материалов, информации, совокупность двигательного, передаточного, исполнительного механизма, образующая машину.
• Деталь – изделие изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций.
• Основные свойства металлов и сплавов.
• При выборе материала для конструкции исходят из комплекса свойств, которые подразделяются на механические, физические, технологические, эксплуатационные и антикоррозионные свойства.
• Механические свойства характеризуют способность данного материала и изготовленных из него деталей сопротивляться действующей на него внешней нагрузки.
• Основными механическими характеристиками являются:

1)Прочность – способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием постоянной или переменной по величине и направлению внешней силе. Для определения прочности при статической нагрузке образцы испытывают на растяжение, сжатие, изгиб, кручение (на растяжение обязательно).

2)Пластичность – способность материала под действием внешних сил пластически (необратимо) деформироваться без разрушения.

3)Ударная вязкость – способность материала выдерживать ударные нагрузки без разрушения.

4)Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него других более твердых тел.

Физические свойства характеризуют способность материала проводить электрический ток, нагреваться и т.д.

1)Плотность – отношение массы тела к объему тела. Характеризует относительную прочность материала и способность материала находиться на плаву.

1. 2)Тепловое расширение – характеризует способность материала деформироваться под действием температуры.
2. 3)Теплопроводность – способность материала проводить тепло от нагретых деталей.
3. 4)Электропроводность – способность материала проводить электрический ток.
4. 5)Намагничивание – способность материала обладать магнитными свойствами после воздействия на него магнитного поля.
5. 6) Цвет – декоративное свойство, а также влияет на способность поглощать или отражать лучи.
6. Технологические свойства – способность материала воспринимать различные методы обработки, характеризуются литейными свойствами, ковкостью, сваримостью, обработкой режущим инструментом.
7. 1)Литейные свойства определяются жидкотекучестью и склонностью к ликвации и усадке.
8. 2)Ковкость – способность деформироваться при наименьшем сопротивлении и принимать необходимую форму при внешней нагрузке без разрушения.

3)Свариваемость – способность металлов и сплавов образовывать неразъемные соединения с требуемыми свойствами. Свариваемость определяется содержанием углерода.

4)Обрабатываемость режущим инструментом – способность материала воспринимать технические обработки точением, фрезерованием, шлифованием, сверлением и т.д.

• Эксплуатационные свойства проявляться в процессе эксплуатации машины и зависят от свойств материала, из которых изготовлены ее детали и узлы.
• 1)Прирабатываемость – улучшение характеристик поверхности в процессе работы.
• 2)Фрикционность – повышенный коэффициент трения.
• 3)Ударопрочность — способность материала сохранять прочность при высокой температуре.
• 4)Износостойкость – способность детали сохранять свои физические и геометрические параметры при сопряженной работе детали.
• 5)Жаропрочность – способность деталей сохранять прочность при высоких температурах.
• Антикоррозионные свойства оцениваются коррозионной стойкостью и жаростойкостью.
• 1)Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться химическому воздействию окружающей среды.
• 2)Жаростойкость – устойчивость против коррозии при высокой температуре.

Внутреннее строение и свойства металлов и сплавов

В изготовлении машин и рабочих установок, наиболее применяемыми стали металлы и их сплавы. Металлы – это вещества, которые обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью, блеском, ковкостью и другими свойствами, которые легко и не очень поддаются металлообработке.

В промышленности все металлы и сплавы делят на две категории: цветные и черные. Так называемые черные металлы – это чистое железо и сплавы на основе его материала. К цветным – относятся остальные виды металлов.

Для правильного выбора металла для изготовления конструкций механизмов с дальнейшим анализом ее использования, механических и других свойст, которые влияют на надежность и работоспособность машин – нужно знать внутреннее строение, механические, физико-химические и технологические свойства, а также каким методом проделывать обработку металла и нуждается ли материал в резке металла (если материал нужно обработать резкой, то лучше это сделать при помощи плазменной резки металла).

В твердом состоянии все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Молекулы металлов (атомы, ионы) в пространстве располагаются в строго определенном порядке и между собой образуют кристаллическую решетку.

Образуется кристаллическая решетка посредством обработки металла, т.е. перехода его состояния из жидкого в твердое. Такой процесс носит название – кристаллизация. Впервые эти процессы были изучены ученым из России — Д.К.

Черновым.

Процесс кристаллизации : Сам процесс состоит из двух частей. У металла, который находится в жидком состоянии, атомы непрерывно двигаются.

Если понизить температуру, то скорость передвижения атомов уменьшается, они сближаются и группируются в кристаллы (поэтому для того, чтобы изменить форму и структуру изделия, его подвергают металлообработке при помощи нагревания) – это первая часть, при ней образуются центры кристаллизации.

Затем идет рост вокруг центров кристаллизации – это уже вторая часть процесса. В самом начале рост кристаллов протекает свободно, но потом, рост одних – мешает росту другим, в результате формируется неправильная форма группы кристаллов, которые называются зёрнами. Размер полученных зёрен, значительно влияет на дальнейшую металлообработку изделий.

Металл, состоящий из крупных зёрен — имеет низкую сопротивляемость к удару, если производится резка металла, то появляется трудность в получении низкой шероховатости на поверхности такого металла. Размеры зёрен зависят от условий кристаллизации и свойств самого металла.

Способы изучения металлической структуры : Исследование структуры металлов и сплавов производится посредством макро и микро – анализов, а также и другими способами. При помощи макро-анализа изучается строение металла, которое можно увидеть невооруженным глазом или при помощи лупы. Эта структура определяется по макрошлифам или изломам.

Макрошлиф – это образец металла, одна из сторон которого травлена кислотой и отшлифована. При микро-анализе изучается размеры и формы зёрен, их структурные составляющие, выявляют микродефекты и качество термической обработки металла . Этот анализ производится по микрошлифам при помощи микроскопа.

Микрошлиф – это некий образец металла, который имеет плоскую отполированную поверхность, травленую слабым раствором кислоты.

Свойства металлов : Металлические свойства подразделяются на физико-химические, технологические и механические. Под механическими свойствами понимается сопротивляемость металла к воздействию на него внешней силы. К механическим свойствам относятся вязкость, прочность, стойкость и другие.

Прочность – это свойства металла в определенных условия не разрушаться, но воспринимать воздействие внешних сил. Это свойство является важным показателем при выборе метода обработки металла. Вязкость – это сопротивление материала при ударной нагрузке.

Твердость – свойства материала к сопротивлению внедрения в него другого материала.

К основными технологическими свойствами относятся — ковкость, свариваемость, свойства плавления, обрабатываемость резанием и другие. Ковкость – это свойства материала подвергаться металлообработке ковкой и другим методам обработки давлением.

Свариваемость – свойства материала создавать прочные сварные соединения. Свойства плавления – свойства материала в расплавленном виде заполнять литейные формы и создавать плотные отливки с нужной конфигурацией.

Обрабатываемость резанием – свойства материала подвергаться резке металла для того, чтобы придать детали нужную форму, размер и шероховатость поверхности. Лучшим методом резки металлов является плазменная резка металла. После этого процесса металла практически не нуждается в дальнейшей металлообработке.

Для того, чтобы получать качественное изделие с хорошим внешним и внутренним строением, нужно хорошо разбираться в строении металлов, ведь только так можно получить отличный результат.

Для чего нужно знать свойства металлов и сплавов?

Знать их не нужно, нужно знать где их посмотреть, а вот как применить, нужно включить голову, например,

В практических целях достаточно знать, что из чего изготавливается. Ну банально сломался у вас коленвал ДВС и хотите его починить, как коллега написал, например, зная что за металл, можно узнать температура плавление металла и подобрать соответствующий электрод (тот у которого температура плавление ниже), что бы не прожечь коленвал.

P.S. Думаю понятно, что это кустарная починка, но все же, имеющая право на жизнь, как времянка.

Всё очень просто сплав это смесь разных метталов. А металлы нужно знать по свойствам присущими каждому.Металлы нужно разрезать сваривать. Плавить и соединять с другими при чём подходящими друг другом. Удачного варева металлов.

Сопромат изучают, чтоб можно было правильно подобрать материал и его форму для различных механизмов и строений. Чтоб механизмы и строения не разрушились в процессе использования.

Кроме механических свойств для разных приложений могут быть важны другие физико-химические свойства материалов: электропроводность для электротехники, прозрачность для оптики, работа выхода электрона для полупроводников, коррозионная стойкость для многих случаев и т.п.

материалы которые под воздействием электро-магнитного поля изменяют структуру и временно (или постоянно, в случае сильного магнитного поля) становятся магнитами называют феромагнетиками. даже само слово пошло от железа (ферум). феремагнетики легче расстаются с электронами, что вызвано строением атома.

Этим свойством обладает олово — это русское название, а его химический знак Sn,как и всех остальных элементов, происходит от латинского названия его — станнум (stannum). Олову характерна аллотропия, т.е. этот металл может встречаться в природе в виде нескольких простых веществ.

Олово образует две модификации: белое олово — серебристо-белый мягкий металл, оно устойчиво при температуре выше 13,2 градуса Цельсия. При температуре ниже 13,2^С белое олово превращается в порошок серого цвета — серое олово. Это явление получило название «оловянной чумы».

Этот процесс увеличивается при понижении Т= -30^C.

«Оловянная чума» послужила причиной гибели в 1912 году английской экспедиции Роберта Скотта, направленной к Южному полюсу:сосуды для питьевой воды и для керосина — топлива, пуговицы бушлатов были сделаны из олова, которые на холоде превратились в порошок.

Таких сплавов много. У них низкая плотность (от 1,5 до 1,8 г/см3), высокая прочность, легко обрабатываются, свариваются, паяются. Их даже можно склеивать. Магний в сплавах легируют алюминием, цинком, цирконием,марганцем, редкоземельными элементами и другими металлами. Их обычно бывает 10 — 14% по массе.

Сплавы магния делятся на литейные и деформируемые. Литейные предназначены для длительной работы при 150 — 200оС. А жаропрочные литейные работают до 300оС. Из деформируемых делают листы, штампованные детали и др.

Вот некоторые марки: Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Zr, Mg-Zn-Cd, Mg-Zn-Nd, Mg-Zn-Ce, Mg-Li-Al, Mg-Li-Zn, Mg-Vn-Ce, Mg-Nd-Zr.

Значит, сделан из дюраля.

Дюраль, дюралюмин, дюралюминий — семейство сплавов на основе алюминия (порядка 90%) с медью, магнием и марганцем. Плюсы по сравнению с чистым алюминием: намного большая твёрдость, закаливаемость, статическая и усталостная прочность.

Минусы: низкая коррозионная стойкость (поэтому его обычно плакируют чистым алюминием или покрывают защитными составами). Масса сравнима с массой алюминия.

То есть это лёгкий и прочный материал, благодаря чему используется в разнообразных конструкциях, в частности, в авиации.

По тексту песни понятно, что крест — это иносказание, и речь идёт о дюралевом самолёте. Фашистском.

При кипении жидкостей жидкость переходит из жидкого состояния в газообразное. Таким образом газ берётся из жидкости. Например при кипении воды из воды образуется газ называемый водяным паром.

Свойства металлов и их сплавов

Цели:

• Образовательные: Способствовать запоминанию основной терминологии, формированию представления о металлах, их свойствах и области применения.
• Развивающие: Способствовать формированию и развитию познавательного интереса учащихся к предмету.
• Воспитательные: Способствовать формированию и развитию нравственных, эстетических, экономических качеств личности.

 комбинированный.

 фронтальная и групповая работа.

 проблемное изложение, практическая работа.

• Наглядные пособия: презентация “Свойства металлов и сплавов”, образцы металлов и сплавов.
• Раздаточный материал: комплекты металлов и сплавов (для работы в группах).

 Ноутбук, проектор, верстаки универсальные.

 Окружающий мир.

Ход урока

Организационный момент (3 мин.)

1. Приветствие учащихся
2. Проверка посещаемости и готовности к уроку.
3. Домашнее задание: записи в тетради, исследовательская работа в тетради “Металлургия в древности”.
4. Организация рабочего места: распределение по группам (с учетом возможностей и способностей учащихся).

• Мотивация учебной деятельности (5 мин.)
• За время обучения в школе вы узнали много нового.

На уроках технологии мы изучили технологию обработки древесины и металла, научились работать инструментами для их обработки. Мы теперь можем пилить, строгать, наносить разметку, сверлить править и гнуть металл, обрабатывать его. Но что общего между металлом и древесиной? А чем они различаются между собой? Почему в современном обществе металл стал более распространённым чем древесина.

Вот поэтому сегодня мы и познакомимся со свойства металлов и их сплавов. (сообщение темы и цели урока).

Демонстрация презентации (слайд №1)

III. Активизация познавательной деятельности обучающихся (10 мин.)

Учащиеся, работая в группах, получают задание: перечислить изделия изготовленные из различных металлов и сплавов.. Учитывается количество названных изделий с указанием материала его изготовления. Проверка проводится поочередным названием изделий. Победившая группа получает дополнительный бал к итоговой оценке.

IV. Теоретическая часть (22 мин .)

Изложение программного материала.

Учитель: Сейчас мы перечислили изделия и материалы из которых они были изготовлены. А как вы думаете почему в одних изделия были применены цветные металлы, в других сплавы? И почему наиболее распространены черные сплавы.

Учитель: Попробуем разобраться в этом.

Свойство – сторона предмета, которая обусловливает его различие или сходство с другими предметами и обнаруживается в его отношении к ним.

• Физические — отличительные стороны материалов, которые проявляются при взаимодействии их с окружающей средой.
• Механические — отличительные стороны материалов, которые проявляются в способности сопротивляться воздействию внешних механических усилий.
• Технологические — способность материалов подвергаться обработке.
• Химические — способность материалов взаимодействовать с окружающей средой при различных температурах (окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость и др.)

• Термины “физический” и “механический” происходят от греческих слов, означающих соответственно “природа” и “орудие, машина”.
• Термин “химический” произошёл от древнелатинского слова “алхимия” (наука о веществах и их превращениях). (слайд №3)

(слайд №4 )

Учитель: Какими свойствами обладает древесина и металлы? Давайте попробуем их найти.

, где учащимся предлагают, определить какими физическими свойствами обладают металлы и древесина (соединить при помощи маркера)

Правильные ответы на слайде №5.

Высокой плотностью обладает свинец ( плотнее железа в 1.43 раза), низкой- магний и алюминий ( плотность по сравнению с железом ниже соответственно в 4,51 и 2,91 раза). Медь плотнее железа в 1,13 раза.

Высокая теплопроводность у меди и алюминия (выше по сравнению с железом соответственно в 7,00 и 3,42 раза), низкая у свинца (ниже чем у железа в 1,66 раза).

Учитель: Какие физические свойства присущи только древесине? Давайте попробуем их найти.

• Учитель: В ходе ответов были озвучены механические свойства. (слайд №7)
• Они учитываются при обработке материалов и их практическом использовании. Показатели механических свойств – предел прочности при растяжении (временное сопротивление) – отношение наибольшей нагрузки на материал к площади его поперечного сечения, измеряется в Па или МПа;
• — относительное удлинение – отношение увеличения длины образца после разрыва (при испытаниях на растяжение) к его первоначальной длине (в%).

Термин “упругость” впервые ввел в употребление великий русский ученый М.В.Ломоносов. Термин “пластичность” происходит от греческого слова, означающего “лепной, скульптурный”.

Учитель: Давай те попробуем определить какие предметы обладают данными свойствами ?

Закрепление полученных знаний по разделу механические свойства металлов и сплавов проводится с помощью интерактивной доски (слайд№ 14), где учащимся предлагают, определить какие предметы обладают данными свойствами. ( сортируя предметы при помощи маркера).

 Правильные ответы на слайде №15.

Учитель: Ребята, давайте попробуем определить какими технологическими свойствами обладают металлы и их сплавы.

VI. Практическая работа по изучению технологических свойств. (25 минут) (слайд №16)

В данном разделе необходимо объяснить учащимся, с какой целью в стадии выплавки формируют технологические свойства металлов и их сплавов.

Учащиеся работают в группах и заполняют таблицу в процессе ознакомлением с технологическими свойствами пробуют самостоятельно дать определения.

Образец таблицы

Ответы учащихся:

VI. Контроль усвоения нового теоретического материала (5 мин.)

Учитель: Давайте ребята попробуем теперь подвести итог нашей работы.

Закрепление материала (слайд №28)

1. Какие свойства называются “Физическими”?
2. Какие свойства называются “Механическими”?
3. Какие свойства называются “Химическими”?
4. Какие свойства называются “Технологическими”?
5. Перечислите основные физические свойства металлов.
6. Перечислите основные механические свойства металлов.
7. Перечислите основные технологические свойства металлов.
8. Как можно повысить коррозионную стойкость металлов?

VII. Заключительный инструктаж (5 мин.)

1. Задание на дом:
2. Уборка рабочих мест

VIII. Подведение итогов (5 мин.)

1. Команде набравшей большее количество баллов выставляю оценки за теоретический материал в журнал.
2. Сообщение о достижении цели урока.
3. Обратить внимание учащихся на допущенные ошибки, объяснить их причины.
4. Отметить наиболее активных учащихся

7.12.2014

Технологические свойства металлов и сплавов -зависимость от химического состава

Все основные качества металлов и их сплавов можно классифицировать по целому ряду показателей, каждый из которых оказывает существенное влияние на определение сферы применения материала.

• К физическим свойствам металлов относят их вес, теплоемкость, способность проводить электрический ток и другие подобные показатели. Всем понятно, что применение, например, чугуна невозможно в авиастроении, а любой металл, отлично проводящий электричество не применим в производстве изоляторов.
• Механические свойства определяются способностью противостоять различным нагрузкам, к ним относятся твердость, пластичность, упругость и многие другие качества.
• Эксплуатационные качества характеризуют возможность применения металла для эксплуатации в различных условиях — стойкость к истиранию, воздействию высоких и низких температур, и так далее.
• Химические свойства металлов и сплавов определены способностью элементов, входящих в их состав, вступать в реакции с другими веществами. Так, например, всем известно, что золото не поддается воздействия кислот, чего не скажешь о других видах металла.
• Технологические свойства материала определяют перечень производственных процессов, которые применимы к металлу в последующей обработке.

Металлы — технологические свойства

К основным технологическим свойствам стоит отнести следующие характеристики:

• Жидкотекучесть (литейность) — способность материала в расплавленном состоянии заполнять литейную форму, без оставления пустот.
• Свариваемость — способность выполнять неразъемные соединения деталей под действием различных видов сварки (газовая, электрическая, давлением).
• Ковкость (деформируемость) — возможность менять форму изделия в горячем состоянии или при нормальной температуре под воздействием давления.
• Прокаливаемость — способность улучшения различных свойств металла путем закалки на различную глубину.
• Возможность выполнения обработки металла при помощи режущего оборудования показывает возможность выполнения токарных и фрезерных операций.

Все эти технологические свойства металлов и сплавов в комплексе и определяют дальнейшую сферу применения.

1.3. Технологические и эксплуатационные свойства

К технологическим свойствам относят литейные свойства, ковкость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом.

  Сварка поворотных стыков труб. Сварка труб с поворотом

• Литейные свойства
• – способность металла или сплава заполнять литейную форму, обеспечивать получение отливки заданных размеров и конфигурации без пор и трещин во всех ее частях.
• Ковкость

– способность металла или сплава деформироваться с минимальным сопротивлением под влиянием внешней приложенной нагрузки и принимать заданную форму.

Ковкость зависит не только от структуры материала, но и от внешних факторов, например, температуры нагрева.

Свариваемость

– способность материала образовывать неразъемные сварные соединения. Материалы бывают хорошо и ограниченно свариваемые. Свариваемость зависит от структуры материала и технологии сварки.

Обрабатываемость

– свойство материала поддаваться обработке резанием. Критериями обрабатываемости являются режимы резания и качество обработанной поверхности.

Работоспособность любой детали во многом определяется эксплуатационными свойствами материала. Эти свойства учитывают особенности эксплуатации машины в конкретных условиях.

Прокаливаемость

– способность стали воспринимать закалку; характеризуется глубиной проникновения закаленного (мартенсит, или полумартенсит) слоя в объем закаливаемого изделия. Прокаливаемость определяется критической скоростью закалки, зависящей от состава стали.

Легированные стали, вследствие более высокой устойчивости переохлажденного аустенита и соответственно меньшей критической скорости охлаждения, прокаливаются на большую глубину, чем углеродистые. Сильно повышают прокаливаемость Mn, Mo, Cr, Ni.

Существует много методик оценки прокаливаемости, наиболее применяемым из которых до настоящего времени является метод торцовой закалки, при котором определяют твердость, как функцию расстояния от охлаждаемого струей закалочной жидкости торца цилиндра с изолированной боковой поверхностью.

1. Износостойкость
2. – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению (истиранию) под действием внешнего трения.
3. Жаропрочность
4. – способность сплава сохранять высокие механические характеристики (ползучесть и прочность) при высоких температурах.

  Третья рука и подставка под паяльник своими руками

Глава 2. Черные и цветные металлы и сплавы

2.1. Общие сведения о стали

В технике значительно чаще применяют не чистые металлы, а сплавы, состоящие из двух или нескольких элементов. Основными конструкционными материалами для машиностроительного производства служат сталь, чугун и сплавы цветных металлов на основе меди, алюминия, магния, титана.

Сталь

– сплав железа с углеродом (массовая доля С не более 2,14 %), в который добавляют легирующие элементы для создания сталей с требуемыми механическими, технологическими и особыми эксплуатационными свойствами.

В сталях также содержатся и вредные примеси: сера (вызывает красноломкость) и фосфор (вызывает хладноломкость). Эти примеси не удается полностью удалить со шлаком по природным и технологическим причинам.

Красноломкостью

называется свойство стали давать трещины при горячей обработке давлением (ковка, штамповка, прокатка) в области температур красного или жёлтого каления (850-1150 °С). Красноломкость обусловливается главным образом распределением некоторых примесей (серы и меди) по границам зёрен металла.

Хладноломкостью

называется склонность металла к переходу в хрупкое состояние при понижении температуры. Хладноломкостью обладают железо, вольфрам, цинк и другие металлы, имеющие объемно-центрированную кубическую или гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку.

Рассмотрим влияние температуры Т

(°C) на характер деформации материала, которая оценивается относительным удлинением δ (%) (рис. 5). При температурах материала менее значенияТ н предел прочности на разрыв меньше предела текучести. В этом случае металл разрушается без предварительной деформации, то есть находится в хрупком состоянии. Переход из хрупкого состояния в вязкое осуществляется в интервале температур от

• Т
• Т
• Т
• Т
• Т

н до в, где н – нижняя, а в – верхняя границы интервала. При достижении температуры в и выше, предел прочности металла становится больше предела текучести, что приводит сначала к деформированию, а затем и к разрушению материала. Такое состояние называется вязким.

Основными способами выплавки стали являются: конверторный (55 %), в дуговых электропечах (25 %) и в мартеновских печах (20 %).

Рис. 5. Влияние температуры на состояние материала

Конверторный способ

получения стали позволяет использовать в качестве шихты жидкий чугун, до 50 % металлического лома, руду, флюс. Сжатый воздух под давлением (0,3-0,35 МПа) поступает через специальные отверстия. Теплота, необходимая для нагрева шихты, получается за счет химических реакций окисления углерода и примесей, находящихся в чугуне.

https://www.youtube.com/watch?v=3V_EEmwYMBUu0026t=2s

Производство стали в конверторах постепенно вытесняет производство ее в мартеновских печах. Вместимость современных конверторов достигает 600 тонн.

Наибольшее развитие получает кислородно-конверторное производство стали, так как использование кислорода обеспечивает резкое (на 40 %) повышение производительности.

Недостатки способа: повышенный расход огнеупорных материалов и высокий угар (потеря) металлов.

Огнеупорные материалы – это материалы, отличающиеся повышенной прочностью при высоких температурах и химической инертностью.

Они применяются для производства печей, используемых в металлургических процессах, и других высокотемпературных агрегатов (реакторов, двигателей, и т.д.).

Состав огнеупорных материалов представляют собой керамическую смесь тугоплавких окислов, силикатов, карбидов, нитридов, боридов, обладающих огнеупорностью не ниже 1580 °C.

Угар – уменьшение массы металлов в процессе плавки. При этом образуются химические соединения металла с веществами, находящимися в зоне плавления, которые переходят затем в шлак и газовую фазу.

Производство стали в электрических печах

– наиболее совершенный способ получения специальных и высококачественных сталей. Сталь выплавляют в дуговых или индукционных электропечах. Наиболее распространены дуговые электропечи вместимостью до 270 тонн.

При плавке стали в электропечах используют как стальной скрап (металлические отходы, поступающие в переплавку для изготовления годного металла) и железную руду, так и жидкие стали, поступающие из мартеновской печи или конвертера.

Лом металлов (цветных, чёрных) –

это различные металлические изделия и конструкции, подлежащие повторной переработке. Металлоломом называют также пришедшие в негодность металлические вещи либо специально собираемый на пунктах сбора и приема металлический мусор.

studfiles.net

Технологические свойства стали

Сталь считается одним из самых распространенных металлов, ее технологические свойства зависят от химического состава, различные примеси, входящие в нее, могут улучшить или ухудшить данные характеристики.

• Увеличение в составе стали углерода значительно повышает ее прокаливаемость, в тоже время она понижает ее пригодность к ковке. Длявыполнения этой операции, а также прокатки, содержание углерода не должно превышать 1,4%.
• Добавление в сталь марганца существенно снижает теплопроводность материала, что снижает ее способность к свариванию. В тоже время, при осуществлении правильного равномерного нагрева (не слишком быстрого) такие стали хорошо поддаются ковке.
• Применение никеля способно улучшить пластичные качества сплава, поэтому он способствует ковке. Но следует учитывать тот факт, что тот же никель образует устойчивую окалину в процессе нагрева. При ковке она не разрушается, поэтому может быть вкована в металл, что существенно снизит качество изделия.
• Повышение содержания хрома приводит к увеличению прочности, поэтому ковка и пригодность к прокату у таких сплавов удовлетворительна, существует большая вероятность образования трещин.
• Излишек молибдена приводит к снижению теплопроводности, что делает сталь очень чувствительной к температурному режиму обработки, нагревать и охлаждать ее следует в строгом соблюдении с технологией. Для ковки данных металлов необходимо применять более мощное оборудование.
• А вот применение ванадия, наоборот, улучшает ковкость и делает сталь более устойчивой к перегреву.

К негативным примесям, существенно влияющим на технологические характеристики, можно отнести серу и фосфор. Излишек данных веществ может привести к красноломкости и хладноломкости соответственно.

То есть сталь с избытком серы становится хрупкой при нагреве, а если в ней присутствует большое количество фосфора, то она будет ломаться при отрицательных температурах.

Именно поэтому при выплавке стали многие усилия направлены на снижение данных примесей в металле, но, к сожалению, избавиться от них полностью не выходит.

Как видите, химические составляющие стали оказывают огромное значение на ее технологические свойства, поэтому при выборе метода обработки должен выполняться тщательный анализ состава сплава, в противном случае могут возникнуть проблемы, как в производстве, так и при эксплуатации изделия.

Общая характеристика металлических изделий

Современная металлургическая промышленность предлагает большое разнообразие видов металлических изделий. К самым распространенным из них относится металлический прокат, то есть изделия, которые производят на специальных станках методом горячей либо холодной прокатки.

Все разновидности металлического проката объединяются общим понятием «сортамент». Сортамент принято разделять на четыре группы: листовой, сортовой, трубы и специальные виды проката. К последним относятся бандажи, колеса, шары, периодические и гнутые профили. По способу обработки поверхности выделяют калиброванный, шлифованный, зеркальный и матовый сортамент.

Говоря о свойствах металлических изделий, стоит отметить, что сортовой прокат обладает самой разнообразной номенклатурой, где принято выделять простые и фасонные профили.

Прокатные цеха изготавливают примерно две тысячи размеров простых профилей, более тысячи фасонных общего потребления, а также около полутора тысяч размеров профилей специального назначения. Простыми называют профили с сечением в виде геометрических фигур, таких как круг, полукруг, овал, сегмент, шестигранник, квадрат, треугольник, полоса плоского сечения, пр.

Прокат сложного поперечного сечения обозначают как фасонные профили. В данной группе выделяют профили общего или массового потребления и специального назначения.

К первым относятся уголки, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили, пр.

Тогда как вторые представлены трамвайными и железнодорожными рельсами широкой и узкой колеи, профилями сельскохозяйственного машиностроения, нефтяной и электропромышленности, пр. Из цветных металлов обычно производятся простые профили.

Размеры являются еще одним важным нюансом, о котором не стоит забывать, говоря на тему свойств металлических изделий. Сортовой прокат делят на:

• Крупный. Сюда относят круглую сталь диаметром 80–250 мм, квадратную со стороной 70–200 мм, периодические арматурные профили № 70–80, угловая сталь с шириной полок 90–250 мм, швеллеры и двутавровые балки обычные и облегченные высотой 360–600 мм. Также в эту категорию входят специальные широкополочные двутавры и колонные профили высотой в пределах 1 000 мм, шестигранная сталь до № 100, железнодорожные рельсы массой 43–75 кг на метр длины изделия, полосовая сталь шириной не более 250 мм, пр.
• Средний. Речь идет о круглой стали диаметром 32–75 мм, квадратной со стороной 32–65 мм и шестигранной до № 70. Здесь же представлен стальной периодический арматурный профиль № 32–60, двутавровые балки высотой до 300 мм, швеллеры высотой 100–300 мм, рельсы узкой колеи Р18 – Р24, штрипсы с сечением до 8×145 мм и фасонные профили.
• Мелкий. Такая круглая сталь имеет диаметр 10–30 мм, квадратная со стороной 3,2–31 мм, сюда же относят периодический арматурный профиль.

В качестве элементов строительных конструкций применяют листовую и сортовую сталь. Нередко используют вторичные профили, то есть сварные, для изготовления которых соединяют полосы или листы, и гнутые. Для изготовления вторых прибегают к холодной гибке полос и листов.

( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )