Свойства металлов

Все свойства металлов и сплавов можно разделить на четыре группы: физические, химические, технологические и механические. К физическим свойствам металлов и сплавов относятся цвет, плотность, плавкость, электро- и теплопроводность, теплоемкость, магнитные и другие свойства.

Плотность металлов имеет большое значение для выбора материалов при проектировании машин, аппаратов. Использование легких металлов и сплавов (алюминиевые, магниевые, титановые, бериллиевые) снижает общую массу аппарата, сооружения, что особенно важно в таких отраслях, как авиапромышленность, ракетостроение, автомобильное и тракторное машиностроение. Плавкость металлов определяется температурой их плавления. Легкоплавкие металлы и сплавы используют для отливки типографических матриц, изготовления подшипников и др.

Металлы с высокой электропроводностью (медь, алюминий) используют для устройства линий электропередач; сплавы, обладающие высоким электросопротивлением,— для ламп накаливания и нагревательных приборов и др. Металлы и сплавы, обладающие магнитными свойствами, применяют при изготовлении динамомашин, электродвигателей, трансформаторов для изготовления приборов связи: телефонных, телеграфных и других видов аппаратов и машин.

Металлы и сплавы, обладающие высокой теплопроводностью, равномерно нагреваются при горячей обработке, их легко сваривать и паять. Их широко применяют для изготовления теплообменных аппаратов.

Коэффициент линейного расширения — величина, на которую изменяются линейные размеры тела при изменении температуры. Этот коэффициент должен учитываться при конструировании аппаратуры. Детали, изготовленные из металлов с разным коэффициентом линейного расширения и соединенные между собой, могут разрушаться или дать изгиб при нагревании. Сплавы, имеющие очень малый коэффициент линейного расширения, используются при изготовления точных приборов.

К химическим свойствам металлов и сплавов относятся их окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость.

К технологическим — жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обрабатываемость режущим инструментом. Технологические свойства металлов и сплавов имеют исключительное значение при выполнении тех или иных операций в производстве и, в частности, при выборе приемов и методов получения деталей машин.

Ковкость — способность металлов и сплавов подвергаться обработке давлением. Это свойство металлов и сплавов связано с их пластической деформацией, особенно при нагревании. С ковкостью связаны такте важнейшие виды обработки, как прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка.

Жидкотекучесть — способность металлов и сплавов легко растекаться и заполнять полностью литейную форму. Медь даже при перегреве расплава густа и не растекается, поэтому из нее нельзя готовить изделия методом литья, тогда как сплавы ее (бронзы и латуни) и многие другие металлы (чугун, сталь, магниевые и алюминиевые сплавы) достаточно жидкотекучи.

Свариваемость — способность металлов и сплавов давать прочные неразъемные соединения изготовленных из них деталей. Сварку применяют для изготовления сварных конструкций взамен литых, клепанных, восстановления поломанных деталей, исправления брака литья и т. д. Сварные конструкции легче, прочнее и дешевле клепанных.

Металлы и сплавы подвергаются обработке резанием. Это свойство широко используется в технике, несмотря на большие отходы (стружка) металлов. Объясняется это тем, что получить обработкой резанием нужную форму, точные размеры и чистоту поверхности детали намного рациональнее по сравнению с другими методами.

Механические свойства металлов и сплавов характеризуют их прочностное, пластическое и вязкое состояния.

Прочность — способность металла или сплава сопротивляться действию прилагаемых внешних сил, не разрушаясь. При конструировании учитывают это свойство, так как по нему определяются допускаемые напряжения и ведется расчет аппаратуры. Чем прочнее металл или сплав, тем меньше размер детали, ее масса и тем меньше расход металла на ее изготовление.

Вязкость — способность металла оказывать сопротивление ударным нагрузкам. Пластичность — свойство металла деформироваться без разрушения при приложении внешних сил. Пластичность и вязкость не влияют на массу изготовляемых изделий, но при малой, пластичности и вязкости изделие при высоких прочностных свойствах становится хрупким и при случайных перегрузках (при ударном приложении нагрузок) будет разрушаться. При понижении прочностных свойств изделия повышаются его пластичность и вязкость. Следовательно, при определенной прочности изделие должно обладать необходимой (минимумом) пластичностью и вязкостью. На механические свойства металлов и сплавов влияют химический состав, структура и факторы, связанные с эксплуатацией изделий.

Упругость — свойство металла восстанавливать свою форму после действия приложенных внешних сил. Твердость — способность одного тела противостоять проникновению в него другого тела, более твердого.

Таким образом, металлы (сплавы), используемые в качестве конструкционных, должны обладать определенными свойствами и выбор металла или сплава для изготовления изделия зависит от всего комплекса этих свойств. В табл. 1 приведены некоторые свойства наиболее широко применяемых металлов.

Таблица 1

Малахов, Жуков. Основы металловедения и теории коррозии