Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Физические, химические, механические и технологические свойства металлов

Rimoyt.com

Темы: машиностроение, САПР, 3d моделирование, техническое образование, промышленные предприятия, технические вузы

  • Rimoyt.com
  • Contacts
  • Сайты
  • Книги
  • Идеи
  • 2020
  • Guestbook
  • ВТУЗы России
  • Специальности
  • Предприятия
  • ГОСТы, ЕСКД
  • Видео
  • Игры, VR, IT
  • Новости регионов
  • Яндекс-новости
  • Новости стран
  • Авто, Кино, Спорт
  • Веселое, Креатив
  • СМИ, газеты
  • Техника, Наука, Природа
  • English
  • Espano
  • Hindi
  • Chinese
  • Уроки Компас 2D/3D
  • Уроки Автокад
  • САПР-Видео
  • Детали машин
  • Сопромат
  • Материаловедение
  • Теоретическая механика
  • Математика
  • Метрология
  • Физика
  • Химия
  • Теория машин и механизмов
  • Технология конструкционных материалов
  • Начертательная геометрия
  • Инженерная графика
  • Электротехника
  • Электроника
  • Информатика
  • Гидравлика
  • Мдертр
  • Карточная — «Проворот»
  • Настольный теннис — «Гнип-гноп»
  • «Предательские шахматы»
  • Математика 5,6,7,8,9,10,11
  • Геометрия 7, 8, 9, 10, 11
  • Физика 7, 8, 9, 10, 11
  • Химия 8, 9, 10, 11
  • Расчет резьбы

Не делай другому того, чего себе не пожелаешь…

К основным механическим свойства относят:
— прочность
— пластичность
— твердость

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок.
Пластичность – способность материала изменять свою форму и размеры по действием внешних сил.
Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела.

К физическим свойства относят:
— цвет
— плотность
— температуру плавления
— теплопроводность
— электропроводность
— магнитные свойства

Цвет – способность металлов отражать излучение с определенной длиной волны. Например, медь имеет розовато-красный цвет, алюминий – серебристо-белый.

Плотность металла определяется отношением массы к единице объема. По плотности металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м 3 ) и тяжелые.

Температура плавления – температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие (вольфрам – 3416 о С, тантал – 2950 о С и др.) и легкоплавкие (олово – 232 о С, свинец – 327 о С). В единицах СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К).

Теплопроводность – способность металлов передавать тепло от более нагретых участков тела к менее нагретым. Большой теплопроводностью обладают серебро, медь, алюминий. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/(м·К).

Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя противоположными характеристиками – электрической проводимостью и электрическим сопротивлением.
Электропроводность оценивается в системе СИ в сименсах (См). Электросопротивление выражают в омах (Ом). Хорошая электропроводность необходима, например, для токонесущих проводов (их изготавливают из меди, алюминия). При изготовлении электронагревательных приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (из нихрома, константана, манганина). С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением – увеличивается.
Магнитные свойства выражаются в способности металлов намагничиваться. Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, которые называют ферромагнитными. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.

Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, растворами щелочей и др.

К химическим свойствам относят:
— коррозионную стойкость
— жаростойкость

Коррозионная стойкость – способность металлов сопротивляться химическому разрушению под действием на их поверхность внешней агрессивной среды (коррозия происходит при вступлении в химическое взаимодействие с другими элементами).

Жаростойкость – способность металлов сопротивляться окислению при высоких температурах

Химические свойства учитывают в первую очередь для изделий или деталей, работающих в химически агрессивных средах:
— емкости для перевозки химических реактивов
— трубопроводы химических веществ
— приборы и инструменты в химической промышленности

Основные свойства металлов и сплавов

Содержание:

  • Определение металлов и сплавов.
  • Физические свойства.
  • Химические свойства.
  • Механические свойства.
  • Технологические свойства.

Прежде, чем рассмотреть основные свойства металлов и сплавов, в первую очередь необходимо определиться с основными понятиями. Что же собой представляют термины «металл» и «сплав»?

Определение металлов и сплавов.

Основные химические элементы подразделяются на металлы и неметаллы, однако между ними нельзя провести четкую границу. Металл можно описать как химический элемент, который обладает металлическим блеском и который в электролизе несет положительный заряд, высвобождающийся на катоде.

Сплав представляет собой однородный металлический материал, но он не является единственным химическим элементом. Сплав образует соединение или смесь двух или более металлов. В некоторых случаях он может состоять из одного или более металлов и неметаллов. Например, сплав железа с углеродом образует сталь.

В процессе работы с металлами и сплавами очень важно правильно определять тип сварки или механической обработки, от которого напрямую зависит качество и успех конечного результата. И вот для того, чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать основные свойства металлов и сплавов, среди которых можно выделить 4 большие группы.

Физические свойства.

Данная группа свойства связаны с атомной структурой и плотностью материала и их измерение не вызывает остаточной деформации тела.

  • Цвет – по этому признаку можно судить о некоторых других свойствах. Например, большинство металлов при нагревании меняют цвет. Аналогичная ситуация наблюдается и при окислении.
  • Теплопроводность – способность материала проводить или передавать тепло.
  • Электропроводность – аналогично предыдущему свойству, однако вместо тепла выступает электричество.
  • Магнитная восприимчивость – проводит ли материал магнитное поле, когда он намагничен.
  • Температура плавления – показатель температуры, при достижении которой вещество переходит в жидкое состояние из твердого. У чистых металлов она является постоянной, а для сплавов – это интервал температур.
  • Плотность – это количество вещества, которое содержится в одной единице объема.
  • Удельная теплоемкость представляет собой количество тепла, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1г вещества на 1°С.
Читать еще:  Особенности производства и применение углеродистых инструментальных сталей

Химические свойства.

К данному виду относятся те свойства, которые определяют их отношение к химическим воздействиям таких сред, как вода, воздух, кислоты, щелочи и другие.

  • Растворимость – способность материала растворяться в каком-либо растворителе (как правило, сильные кислоты и едкие щелочи).
  • Окисляемость способность металла образовывать оксиды (соединяться с кислородом).
  • Коррозийная стойкость – насколько материалы способны сопротивляться разрушению во время химического воздействия окружающей среды.

Механические свойства.

При измерении механических свойств, тело, как правило, подвергается разрушению или необратимой деформации.

  • Прочность – материал способен сопротивляться разрушению, когда на него воздействуют внешние силы.
  • Упругость – материал способен принимать первоначальную форму, когда действие внешней нагрузки закончилось.
  • Пластичность – материал способен изменять свои размеры и форму когда действие внешней нагрузки закончилось. Новые размеры и форма сохраняются, материал не разрушается.
  • Вязкость – материал способен оказывать сопротивление, когда на него воздействуют резко возрастающие нагрузки.
  • Твердость – материал не позволяет проникать в себя другому материалу, который является более твердым.
  • материал способен сохранять свою поверхность неизменной, если на него воздействовать силой трения.

Технологические свойства.

Данный вид свойств определяет, насколько к металлу или сплаву подходят тот или иной вид обработки.

  • Обрабатывание резанием – металл или сплав подвержен обработке режущим инструментом при механической обработке.
  • Ковкость – материал способен принимать другую форму, если его обрабатывать давлением. Разрушение материала при этом отсутствуют.
  • Свариваемость – металл подходит для сварки, образуя неразъемные соединения без трещин и других пороков.
  • Жидкотекучесть – расплавленные металлы спокойно принимают именно ту форму, в которую их заливают.
  • Усадка процесс, противоположный тепловому расширению. Представляет собой уменьшение объема материала при его охлаждении.
  • Ликвация – материал из жидкого состояния при понижении температуры переходит в твердое состояние и в результате распадается на отдельные соединения, у которых точки плавления различны.

Механические и технологические свойства металла

Металлы являются категорией химических элементов, которым присущи специфические физические, химические, механические, а также технологические свойства.

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

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.

  • прочность металла

Это свойство, которое определяет степень разрушения металла при воздействии на него физически или механически. Металлическим сплавом, который почти не деформируется при воздействии и отличается своей прочностью, является сталь. Самым непрочным металлом является ртуть.

  • вязкость металла

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

  • хрупкость металла

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

  • пластичность металла

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.

  • упругость металла

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?

  • ковкость металла

Представляет собой способность металла к деформации.

  • прокаливаемость металла

Это свойство определяется во время закалки металла и обуславливается тем, чем глубже металл можно закалить, тем большей прокаливаемостью он обладает.

  • свариваемость металла

Это свойство способно выявиться при соединении двух металлических частей посредством их сварки.

  • текучесть металла

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.

ЛЕКЦИЯ 4 СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Все свойства металлов и сплавов принято подразделять на группы: физические, химические, технологические, механические и эксплуатационные.

Физические свойства определяют поведение металлических материалов в тепловых, электромагнитных, радиационных полях. К физическим свойствам относятся плотность, температура плавления, теплоемкость, теплопроводность, электропроводность, магнитные характеристики, термическое расширение.

Химические свойства характеризуют способность материалов вступать в химическое взаимодействие с другими веществами и химическими элементами, а также способность металлов и сплавов сопротивляться воздействию агрессивных сред, в том числе окислению.

Технологические свойства характеризуют способность материалов подвергаться холодной и горячей обработке, в том числе при обработке резанием, ковке, сварке, литье. К технологическим свойствам относятся обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, литейные свойства (жидкотекучесть – способность жидкого металла заполнять литейную форму; усадка – уменьшение объема металла при переходе из жидкого состояния в твердое; ликвация – химическая неоднородность в отливках; склонность к образованию трещин – вероятность образования литейных трещин и пор в процессе затвердевания в литейной форме).

Читать еще:  Подготовка металла под сварку: требования и особенности

К механическим свойствам относятся твердость, прочность, пластичность, упругость, вязкость.

Эксплуатационные свойства характеризуют поведение материала в заданных рабочих условиях. К эксплуатационным свойствам относятся жаропрочность, жаростойкость, хладноломкость, усталость, износостойкость.

Для выбора материала и оценки его длительной работоспособности и на-

дежности наиболее важными являются механические и эксплуатационные свойства. Поэтому именно эти группы свойств и методы их определения будут рассмотрены подробно.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Многообразие условий службы и обработки материалов определяет необходимость проведения большого числа механических испытаний с целью получения целого комплекса значений механических свойств.

В зависимости от способа нагружения образца различают статические, динамические и циклические испытания.

Рассмотрим основные механические свойства и их количественные характеристики.

ТВЕРДОСТЬ

Твердость — свойство материала сопротивляться воздействию внешних нагрузок при непосредственном соприкосновении.

Все методы измерения твердости имеют одинаковый принцип:

вдавливание в поверхность образца инородного тела (индентора) различной формы, размера с различной нагрузкой.

Различают следующие методы определения твердости:

Метод Бринелля (индентор – стальной шарик);

Метод Роквелла (индентор — алмазный конус или стальной шарик);

Метод Виккерса (индентор — алмазная пирамидка).

Схемы этих методов приведены на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема определения твердости:

а) — по Бринеллю; 6) — по Роквеллу; в) — по Виккерсу

Метод Бринелля

Испытание по методу Бринелля (рис. 4.1, а) состоит из вдавливания в

испытуемое тело стального шарика диаметром D под действием постоянной нагрузки Р ( Р=1000 кг — для цветных металлов; Р—3000 кг — для черных металлов) и измерении диаметра отпечатка d на поверхности образца. Число твердости по Бринеллю НВ определяется величиной нагрузки Р, деленной на сферическую поверхность отпечатка. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость металла. На практике твердость определяют не по формулам, а по специальным таблицам, исходя из диаметра отпечатка d.

Твердость по Бринеллю обозначается НВ, где Н – твердость, В – метод Бринелля. Твердость по Бринеллю измеряется в МПа.

Метод Роквелла

Измерение твердости по этому методу проходит быстрее и удобнее, чем по методу Бринелля, так как значение твердости выводится на шкалу прибора.

При испытании по методу Роквелла (рис. 4.1, б) индентором служит алмазный конус или для более мягких материалов — стальной шарик. Конус и шарик вдавливаются в металл с различной нагрузкой. На приборе имеются три шкалы. При испытании алмазным конусом и нагрузке Р= 150 кг шкала обозначается С, а твердость обозначается HRC, при испытании алмазным конусом, но с нагрузкой Р = 60кг шкала обозначается A, а твердость — HRA, при испытании стальным шариком с нагрузкой 100кг шкала обозначается В, а твердость — HRB (таблица 4.1).

Характеристики основных механических свойств металлов и сплавов и способы их определения

Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.

Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень. чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств. Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.

Основные механические свойства металлов

Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:

— Прочность — означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.

— Твердость (часто путают с прочностью) — характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.

— Упругость — означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.

— Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) — также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.

— Стойкость к трещинам — под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.

— Вязкость или ударная вязкость — антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.

— Износостойкость — способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.

— Жаростойкость — длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.

— Усталость — время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.

Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.

Читать еще:  Аустенитные нержавеющие стали: структура и свойства

Физические свойства металлов

Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.

Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства — те что проявляется в покое, механические — только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла «прочность» может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют «закалку» и «старение»). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.

Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.

В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?

Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.

Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции. Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя «шов» под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции. Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла.

Как определить механические свойства?

Экспериментальным путем. Среди основных методов определения механических свойств металлов можно выделить:

— испытания на растяжение;

— метод вдавливания по Бринеллю;

— определение твердости металла по Роквеллу;

— оценка твердости по Виккерсу;

— определение вязкости с помощью маятникового копра;

Механические свойства имеют весьма серьезное значение. Их знание позволяет использовать металлы и их сплавы с наибольшей эффективностью и отдачей.

Оренбургский государственный университет

05.16.01 — Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Металловедение и термическая обработка — область науки и техники, занимающаяся изучением связи между химическим составов, кристаллической структурой, структурным состоянием и свойствами металлов и сплавов; разработкой физико-химических основ создания новых металлических материалов с заданными свойствами и новых технологических процессов термической, химико-термической и термомеханической обработки.

Значение решения научных и практических проблем данной специальности для народного хозяйства состоит в создании новых металлических материалов с заданным уровнем физических, механических, химических, технологических и эксплуатационных свойств, обеспечении высокого уровня стабильности этих свойств, что позволяет эффективно и рационально использовать металлы и сплавы в принципиально новых конструкциях и типов машин, приборов, агрегатов, обеспечивая тем самым научно-технический прогресс.

Область исследования

  1. Изучение взаимосвязи химического и фазового составов (характеризуемых различными типами диаграмм), в том числе диаграммами состояния с физическими, механическими, химическими и другими свойствами сплавов.
  2. Теоретические и экспериментальные исследования фазовых и структурных превращений в металлах и сплавах, происходящих при различных внешних воздействиях.
  3. Теоретические и экспериментальные исследования влияния структуры (типа, количества и характера распределения дефектов кристаллического строения) на физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства металлов и сплавов.
  4. Теоретические и экспериментальные исследования термических, термоупругих, термопластических, термохимических, термомагнитных, радиационных, акустических и других воздействий изменения структурного состояния и свойств металлов и сплавов.
  5. Теоретические и экспериментальные исследования влияния фазового состава и структурного состояния на зарождение и распространение трещин при различных видах внешних воздействий.
  6. Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов объемной и поверхностной термической, химико-термической, термомеханической и других видов обработок, связанных с термическим воздействием, а также специализированного оборудования.
  7. Изучение взаимодействия металлов и сплавов с внешними средами в условиях работы различных технических устройств, оценка и прогнозирование на его основе работоспособности металлов и сплавов.
  8. Исследование работоспособности металлов и сплавов в различных условиях, выбор и рекомендация наиболее экономичных и надежных металлических материалов для конкретных технических назначений с целью сокращения металлоемкости, увеличения ресурса работы, повышения уровня заданных физических и химических характеристик деталей машин, механизмов, приборов и конструкций.
  9. Разработка новых принципов создания сплавов, обладающих заданным комплексом свойств, в том числе для работы в экстремальных условиях.
  10. Разработка новых и совершенствование существующих методов фазового, структурного и физико-химического анализов сплавов.
  11. Определение механизмов влияния различных механических, тепловых, магнитных и других внешних воздействий на структурное состояние металлических материалов и разработка на этой основе новых принципов и методик их испытаний, обеспечивающих надежное прогнозирование работоспособности конструкций.

Смежные специальности

05.02.01 – «Материаловедение (по отраслям)»

Отрасли наук

  • технические науки
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector