1.2. Властивості металів і сплавів

З 107 елементів періодичної системи Д.И. Менделєєва 83 складають метали. З них найбільше поширення в земній корі мають наступні (табл. 1.1).

Таблиця 1.1. - Зміст металів у земній корі

 

Метали

% до ваги земної кори

Метали

% до ваги земної кори

Метали

% до ваги земної кори

Алюміній

8,8

Натрій

2,6

Титан

0,6

Залізо

5,1

Калій

2,6

Марганець

0,09

Кальцій

3,6

Магній

2,1

Мідь

0,01

 

Кількість інших металів невелико й у загальному не перевищує 2,0 %. Такі важливі для техніки метали, як цинк, олово, свинець, нікель, кобальт, вольфрам, ванадій, молібден, уран, містяться в земній корі в тисячних частках відсотка.

Широко розповсюджені хімічно активні кальцій, натрій і калій не можуть бути основою для створення конструкційних матеріалів. У техніку найбільше застосування мають залізо, алюміній, мідь, свинець, цинк, олово, нікель. Це так називані технічні метали,

Деякі метали, наприклад, марганець, використовуються у виді добавок для утворення сплавів. Хімічно стійкі срібло, золото, платина, ртуть відносяться до групи шляхетних металу.

Велику роль у народному господарстві грають сплави металів, тому що вони мають більш високі механічні і технологічні властивості, чим складові їхні чисті метали.

У техніку найчастіше застосовуються сплави на основі заліза, так називані чорні метали (чавун, сталь), і сплави кольорових металів на основі міді, алюмінію, свинцю, цинку, олова, нікелю. Деякі сплави роблять на основі вольфраму, титана, ванадію, молібдену й інших металів.

Вимоги до металів пред'являються в залежності від їхнього призначення. Наприклад, метал рейок і бандажів повинний бути міцним і стійкої проти зносу, метал ресор - пружним, метал заклепок -пластичним, електропроводи повинні добре проводити електричний струм, метал зварених конструкцій добре зварюватися і не приймати загартування, а метал деталей, що працюють в агресивних середовищах, добре пручатися корозії.

Властивості металів прийнято поділяти на фізичні, хімічні, механічні і технологічні.

До фізичних властивостей відносяться колір, щільність, плавкість, электро- і теплопровідність, теплоємність, магнітні й інші властивості.

Хімічними властивостями металів є окисляемость, розчинність, корозійна стійкість, жаростійкість (окалиностойкость).

Метали легко вступають у взаємодію з неметалами, віддаючи валентні електрони. Це порозумівається тим, що в металів усі валентні електрони неміцно зв'язані з ядром і число їх велике. Цієї ж властивості металу лежать в основі електричної провідності, тому що електрони, заряджені негативно, створюють незначну різницю потенціалів, що забезпечує їхнє переміщення до позитивно зарядженого полюса і тим самим викликає появу електричного струму. Таким чином, слабкий зв'язок валентних електронів з ядром визначає фізичні і хімічні властивості металів.

Метали, як правило, добре проводять електрику і теплоту, мають характерний блиск, непрозорі, пластичні. Такої ж властивості мають і металеві сплави - більш складні речовини, що складаються з декількох металів і неметалів.

До механічних властивостей металів відносяться міцність, пружність, пластичність, в'язкість, твердість. Основні фізичні і механічні властивості найважливіших металів приведені в табл. 1.2.

Таблиця 1.2. - Фізичні і механічні властивості деяких металів (Мпа=0.1 кг/мм)

 

Метали

Плотн., р,кг/м2

tплав, З0

tкип, З0

Межа міцності sУ, Мпа

Относ. удлин., d, %

Твердий. по Бри-неллю, НВ

Коэфф. лин. Розширення, l х 106

Залізо

7860

1539

2380

300

21-55

50-70

11.5

Алюміній

2700

660

2500

80-110

40

20-30

23.1

Мідь

8930

1083

2600

220

60

35

16.5

Магній

1740

651

110

170-200

10-12

25-30

25.7

Нікель

8900

1455

3080

400-500

40

60

13.9

Титан

4500

1665

3260

300-550

20-30

100

1.2

Молібден

10200

2620

4800

800-1200

46

150-160

5.8-6.2

Міцність – це здатність металу, не руйнуючи, пручатися дії прикладених зовнішніх сил. При проектування обов'язково враховують ця властивість, тому що по ньому визначають допустимі напруження і розраховують конструкції. Чим прочнее метал, тим менше маса деталі і тем менше металоємність чи конструкції машини.

Властивість металу відновлювати свою первісну форму і розміри після зняття навантаження, що викликає деформацію, називається пружністю.

Пластичність - властивість металу під дією зовнішніх сил деформуватися без руйнування і зберігати нову форму після припинення дії зовнішніх сил.

Здатність металу чинити опір ударним навантаженням називається в'язкістю. За своїм значенням вона зворотна крихкості.

Твердість - це здатність металів чинити опір впровадженню в них іншого, більш твердого тіла.

До технологічних властивостей відносяться ковкість, жидкотекучесть, зварюваність, оброблюваність різальним інструментом. Ці властивості впливають на виробничий процес виготовлення металевих деталей.

Ковкість - здатність металів піддаватися обробці тиском. Це властивість металів зв'язана з їхньою пластичною деформацією, особливо при нагріванні. Ковкість визначає можливість застосування таких видів обробки, як прокатка, пресування, волочіння, кування і штампування.

Жидкотекучесть - здатність металів легко розтікатися і заповнювати цілком ливарну форму. Мідь навіть при перегріві розплаву густа і погано розтікається, тому з її не можна готувати виробу методом лиття, тоді як її сплави (бронза і латунь) і сплави інших металів (чавун, сталь, магнієві й алюмінієві) досить жидкотекучи.

Зварюваність - здатність металів давати міцні нероз'ємні з'єднання виготовлених з них деталей. Зварювання застосовують для виготовлення конструкцій, відновлення поламаних деталей, виправлення шлюбу лиття і т.д. Зварені конструкції легше, прочнее і дешевше литих і клепаних.

Здатність металу оброблятися різальними інструментами називається оброблюваністю. Це властивість широка використовується в техніку, незважаючи на великі відходи металу (стружка). Порозумівається це тим, що одержання обробкою різанням потрібної форми, точних розмірів і чистоти поверхні деталі набагато досконаліше в порівнянні з іншими методами.

Таким чином, метали (сплави), використовувані як конструкційні матеріали, повинні мати визначений комплекс властивостей для виготовлення машин і апаратів.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я