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

Металл

 

Плотность, кг/м³

Т. пл., ̊С

Т. к., ˚С

Предел прочности, МН/м² (кгс/мм²)

Относительное удлинение, %

Твердость по Бринеллю

Коэффициент линейного расширения,

λ∙10⁶

Алюминий

2700

660

2300

80—110

(8—11)

40

20—30

23,1

Железо

7860

1539

2880

300(30)

21—55

50—70

11,5

Магний

1740

651

1100

170—200

(17—20)

10—12

251—301

25.7

Медь

8930

1083

2600

220(22)

60

35

16,5

Титан

4500

1665

3260

300—550

(30—55)

20—30

100

7.2

 

Малахов, Жуков. Основы металловедения и теории коррозии