Ваш город: Краснодар

Ваш город
Краснодар?

Основные свойства металлов

Просмотров: 1832

Время прочтения: 5 минут

21.08.2023

avatar

Компания СпектрЦвет

Автор публикации

Основные свойства металлов

Основные свойства металлов – это совокупность эксплуатационных характеристик, от которых зависит их пригодность для изготовления деталей, механизмов, приборов и конструкций. Одни из них легкие (магний, алюминий, титан), другие тяжелые (свинец). Олово легко плавится, а чтобы добиться расплава железа или платины нужно затратить много энергии. Для производства одних деталей обращают особое внимание на прочность и твердость металлов, в других случаях важна пластичность или теплопроводность. 

Существует несколько интересных фактов о характеристиках металлов:

  • самым твердым металлом на Земле является хром. Твердость хрома делает возможным создания из него защитных покрытий на металлических изделиях, увеличивая их эксплуатационный ресурс.
  • одни из самых мягких металлов – алюминий, серебро и медь. Благодаря малой массе и пластичности, они нашли широкое применение в таких областях, как энергетика, судо-, авиа- и ракетостроении;
  • золото, являющееся драгоценным металлом, обладает еще одним важным свойством – пластичностью, тягучестью и ковкостью. Золото в нормальных условиях не корродирует - чтобы в металле начался процесс окисления, его нужно нагреть до 100°C. Ценность золота определяют не только его эстетические качества, но высокие показатели влагостойкости и теплопроводности;
  • ртуть – единственный металл, имеющий в естественных условиях жидкую форму (температура плавления -38°C), а при t 18 градусов он переходит в газообразную фазу;
  • вольфрам является самым тугоплавким металлом в мире. Для образования расплава понадобится температура 3420°C. Именно по этой причине металл применяется в производстве деталей, принимающих на себя основной тепловой удар.

 От того, какими свойствами обладают металлы, зависит возможность их применения в производстве оборудования, техники, строительных материалов, товаров для дома или декоративных изделий.

Классификация свойств металлов

Свойства всех металлов и их сплавов, присутствующих в периодической системе, делятся на несколько основных групп, которые позволяют выделить их физические, химические и технологические особенности.

Физические свойства

К категории физических свойств относятся способности металлов, проявляющиеся под воздействием явлений, не изменяющих их состав. Так в процессе плавки металл переходит в жидкую фазу, но при этом его состав остается неизменным. К физическим свойствам относятся:

  • плотность – показатель, равный отношению массы металла к занимаемому им объему. Так плотность железа составляет 7800, алюминия 2700, свинца - 11300 кг/м3;
  • цвет - способность металлов отражать световые лучи, которые попадают на их поверхность. Так наши органы зрения воспринимают алюминий серо-белым, а медь розово-красной;
  • теплопроводность - свойство металлов распространять тепло. Чем больше показатель теплопроводности, тем быстрее тепло распространяется по металлу при нагреве и отдается во время охлаждения. Самыми теплопроводными металлами являются медь и алюминий. Черные металлы и их сплавы проводят тепло в 5 раз хуже;
  • теплоемкость определяет количество тепла, необходимого для нагревания 1 кг металла на один градус. Низкую теплоемкость имеют платина и свинец. Теплоемкость стали и чугуна в 4 раза выше, чем у свинца;
  • плавление – процесс перехода металла из твердого состояния в жидкую фазу. Металлы, превращающиеся в жидкость при высокой температуре, называются тугоплавкими (вольфрам, хром, платина). К легкоплавким относят олово, свинец. Температура плавления железа составляет-1539 градусов Цельсия, меди -1083, олова - 2319, углеродистой стали - от1420 до1520°C;
  • тепловое (термическое) расширение - способность металла при нагреве увеличивать свои размеры.

К физическим характеристикам относится электропроводность – свойство металла пропускать через себя электрический ток. Электропроводность зависит от типа кристаллической решетки, структуры металла, а также связи между атомами и валентными электронами. Хорошими проводниками тока считаются серебро, медь, алюминий. Нихром оказывает току большое сопротивление и обладает низкой электропроводностью.

Химические свойства

Способность металлов и сплавов взаимодействовать с окружающей средой, вступать во взаимодействие с другими веществами, растворяться, корродировать, сопротивляться агрессивным действиям сред определяют их химические свойства. К наиболее важным из химических свойств металлов относятся:

  • окисление при контакте с воздухом и водой, результатом которого является развитие коррозионных процессов на поверхности металлов. Одними из самых стойких к внешнему окислению являются кортеновые стали, относящиеся к группе конструкционных и содержащие легирующие добавки меди и фосфора;
  • кислото-, щелочестойкость – способность металлов противостоять разрушительному воздействию химически активных соединений. Стойким к кислотам и щелочам является алюминий, а также нержавеющая сталь с хромированной поверхностью;
  • жаропрочность – свойство металла или сплава сохранять химические связи при воздействии высоких температур.

Стойкость к электрохимической коррозии (разрушению металла в среде электролитов) определяет возможность применять металл в судостроении, строительстве гидротехнических сооружений. Самыми стойкими к электрохимической коррозии считаются металлы, относящиеся к «благородной» группе – золото, платина. 

Механические показатели

Понятие основных механических свойств металлов и сплавов связанные с возможностью материала противостоять нагрузкам, деформациям и внутренним напряжениям. От механических свойств зависит эксплуатационный резерв и надежность металлических изделий. К ним относятся:

  • прочность - свойство металла сопротивляться действию внешних сил без разрушения его структуры. Свойство характеризуется условным термином – предельная прочность, определяющая общую нагрузку, приложенную к испытуемому образцу до момента разрыва, в отношении к его поперечному сечению. Показатель прочности зависит от вида деформации (сжатие/растяжение, кручение, срез, изгиб);
  • упругость – свойство металлов изменять свою форму под внешним воздействием и восстанавливать ее после прекращения деформационной нагрузки. Показатель границы упругости определяется отношением нагрузки, при котором в металле появляется остаточное удлинение, к поперечному сечению образца. Так предел упругости стали составляет 300; меди - 25; свинца -2.5 МПа;
  • пластичность – способность металлов, не разрушаясь, изменять под действием внешних механических сил, свою форму и сохранять ее после прекращения действия нагрузки. Примером пластичного металла может служить сталь. Ее пластичность увеличивается после нагрева металла, что широко используется в процессе производства проката и кованных стальных изделий;
  • утомляемость – изменение механических свойств материалов под воздействием циклических напряжений и деформационных нагрузок. Утомляемость опасна тем, что металлические детали, подвергающиеся циклическим деформациям, могут разрушаться, даже если нагрузки не достигают предельных показателей прочности и текучести;
  • хрупкость – способность металла к структурному разрушению под действием нагрузок без признаков деформации. Хрупким считается чугун;
  • твердость – свойство металла сопротивляться вдавлению в него другого, более жесткого материала. Чугун и сталь обладают высокой твердостью, свинец – низкой. Показатель твердости определяется в лабораторных условиях с использованием методик испытаний по Бринелю, Роквеллу и Виккерсу.

К механическим свойствам металлов относится и ударная вязкость – их свойство не разрушаться при воздействии ударных нагрузок. Ударная вязкость определяется испытаниями на маятниковом копре. Стандартный образец размещают на опорах и разрушают падающим с высоты грузом.

Технологические характеристики

Способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки определяется их технологическими свойствами. К технологическим свойствам металлов принадлежат:

  • ковкость – свойство металлов быть податливыми, не разрушаться и принимать нужную форму под воздействием внешних нагрузок. Нагретая сталь обладает высокой ковкостью;
  • редкотекучесть – способность расплавленных металлов заполнять литейные формы. Высокий показатель редкотекучести имеет серый чугун, низкий – медь;
  • усадка – свойство расплавленных металлов уменьшать свой объем при охлаждении, а также создавать трещины. Характеристика также используется в литейном процессе. Формы и модели отливок изготавливаются с учетом усадки металла. Наименьшую усадку дает серый чугун, цинковые и алюминиевые сплавы;
  • резка – это способность металлов подвергаться раскрою, точению, резанию. Учитывая главные механические характеристики (небольшую жесткость и пластичность), многие цветные металлы лучше поддаются резке, чем черные.
  • свариваемость – свойство металлов создавать прочное соединение путем создания расплава в сварной зоне. Хорошей свариваемостью обладают стали с низкоуглеродистой структурой. Чугун и сплавы цветных металлов свариваются гораздо сложнее.

Следует отметить, что в данной статье мы рассмотрели только главные свойства металлов. Существует целый ряд особых характеристик, которые используются в расчетах сложных технических конструкций из металла. Например, для определения свойств ферромагнетиков учитывается магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, индукция насыщения, точка Кюри, петля гистерезиса.

Поделиться статьей

Популярное в блоге

Технология горячего цинкования металла: особенности, сфера применения

Технология горячего…

Горячее цинкование является одним из самых надежных, износостойких…

Устройство фундамента под опоры освещения

Устройство фундамента…

Монтаж несущих опор наружного освещения требует создания устойчивого…

Строительство металлического сварного забора

Строительство металлического…

Современный строительный рынок предлагает большой выбор материалов…

Как происходит резка металла

Как происходит резка…

Чтобы сформировать из металла деталь проектных размеров или заготовку…

Усиление колонны металлической обоймой

Усиление колонны металлической…

Усиление ж/б колонн металлической обоймой – ремонтно-восстановительная…

Обратная связь