Какие свойства металлов и сплавов лежат в основе образования
На чтение 5 мин.
Металлические изделия и детали используются в разных сферах промышленности. Существует множество видов металлов и каждый из них обладает сильными и слабыми сторонами. При изготовлении деталей для машин, самолётов или промышленного оборудования мастера обращают внимание на характеристики материала. Поэтому требуется знать свойства металлов и сплавов.
Свойства металлов и сплавов
У металлов есть признаки, которые их характеризуют:
- Высокие показатели теплопроводности. Металлические материалы хорошо проводят электричество.
- Блеск на изломе.
- Ковкость.
- Кристаллическая структура.
Не все материалы прочные и обладают высокими показателя износоустойчивости. Это же касается плавления при высоких температурах.
Классификация металлов
Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.
Черные
Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:
- Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
- Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
- Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.
Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.
Цветные
Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:
- Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
- Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
- Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.
Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.
Основные виды сплавов
Человечество знакомо с различными металлическими сплавами. Самыми многочисленными из них являются соединения на основе железа. К ним относятся ферриты, стали и чугун. Ферриты имеют магнитные свойства, в чугуне содержится более 2,4% углерода, а сталь — это материал с высокой прочность и твердостью.
Отдельное внимания требуют металлические сплавы из цветных металлов.
Производство стали
Цинковые сплавы
Соединения металлов, которые плавятся при низких температурах. Смеси на основе цинка устойчивы к воздействию коррозийных процессов. Легко обрабатываются.
Алюминиевые сплавы
Популярность алюминий и сплавы на его основе получили во второй половине 20 века. Этот материал обладает такими преимуществами:
- Устойчивость к низким температурам.
- Электропроводность.
- Малый вес заготовок в сравнении с другими металлами.
- Износоустойчивость.
Однако нельзя забывать про то, что алюминий плавится при низких температурах. При температуре около 200 градусов характеристики ухудшаются.
Алюминий применяется при изготовлении комплектующих к машинам, производстве деталей для самолётов, составляющих промышленного оборудования, посуды, инструментов. Не многие знают, что алюминий популярен в сфере производства оружия. Связано это с тем, что детали из алюминия не искрят при сильном трении.
Чтобы увеличить прочность детали, алюминий смешивают с медью. Чтобы заготовка выдерживала давление — с марганцем. Кремний добавляют, чтобы получить обычную отливку.
Медные сплавы
Сплавы на основе меди — марки латуни. Из этого материала изготавливаются детали высокой точности, так как латунь легко обрабатывать. В составе сплава может содержаться до 45% цинка.
Свойства сплавов
Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.
Двигатель внутреннего сгорания
Физические свойства
Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:
- Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
- Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
- Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
- Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
- Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
- Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.
Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.
Химические свойства
Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:
- Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
- Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
- Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.
Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.
Механические свойства
Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:
- прочность;
- твердость;
- пластичность;
- вязкость;
- хрупкость;
- устойчивость к механическим нагрузкам.
Технологические свойства
Технологические свойства определяют способность металла или сплава изменяться при обработке:
- Ковкость. Обработка заготовки давлением. Материал не разрушается. Структура изменяется.
- Свариваемость. Восприимчивость детали к работе сварочным оборудованием.
- Усадка. Происходит этот процесс при охлаждении заготовки после её разогрева.
- Обработка режущим инструментом.
- Ликвация (затвердевание жидкого металла при понижении температуры).
Основной способ обработки металлических деталей — нагревание.
Свойства металлов и сплавов отвечают за то, как себя будет вести готовое изделие при эксплуатации. При обработке материалов также важно знать его характеристики.
Источник
Анонимный вопрос
3 апреля 2018 · 14,9 K
Свойства металлов делятся на несколько групп: физические, химические, механические и технологические.
1) Физические свойства: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность.
2) Химические свойства: окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.
3) Механические свойства: прочность, твердость, упругость, пластичность.
4) Технологические свойства: прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием.
Слишком примитивно, кое-что неверно, что-то устарело (терминология). Не советую использовать.
Какой металл самый редкий на планете?
Калифорний (Cf) – самый редкий металл на планете Земля. Между тем, он является и самым дорогим металлом.
Приблизительный срок его производства – от полутора до восьми лет. В начале 21 века существовало не более 10 грамм данного металла. К тому же, калифорний является радиоактивным металлом.
Изотопы калифорния находят свое применение в лучевой терапии онкологических заболеваний шеи и мозга, рентгенографии самолетов, которая выявляет “усталость” металла.
Прочитать ещё 2 ответа
Как закалить сталь?
Первое – ст.3 или сталь 3 (содержание углерода – 0.3 %, легированные добавки отсутствуют) – не закаляется. Ст.3 – самая распространённая марка. Из нее чаще всего делают трубы отопления, квадратные профили и арматуру круглую, массив квадрата.
Второе – выясняем какая сталь у вас в наличии. Например, прижинная сталь – это 50ХГ. Напильник – У8 (У10). Подшипник – ШХ-15.
Третье – открываем “Справочник термиста” (Яндекс в помощь) и находим режимы термообработки. Важно ! Сталь необходимо не только закалить, но в последующем и отпустить – снять температурные напряжения. Режимы отпуска сталей также прописаны в справочнике.
Благодарю за внимание.
Прочитать ещё 5 ответов
Как очистить ржавчину?
Закончила БГПУ им. Акмуллы по специальности “генетика”. Защитила кандидатскую…
Можно протереть ржавчину уксусом, или пастой из соды, или щавелевой, или лимонной кислотой. Так же можно воспользоваться абразивными средствами (щеткой или шлифовальной машиной) или специальными растворами для удаления ржавчины.
Прочитать ещё 8 ответов
Как на практике используют пластичность металлов?
Невское Оборудование поставщик металлообрабатывающего оборудования и станков · spbstanki.ru
Пластичность металов – это одно из самых важных свойств, благодаря которому металлы, стли и сплавы получили такой широкое распространение в мире. Благодаря этому свойству из металлов и сталей возможно изготовление очень широкого спектра изделий: металлы и стали хорошо куются и штампуются (некоторые как в горячем, так и в холодном виде), металлы отлично загибаются и им можно придать практически любую форму прокаткой (как горячей так и холодной).
⦁ Как строение металлов и неметаллов обуславливает их свойства?
Невское Оборудование поставщик металлообрабатывающего оборудования и станков · spbstanki.ru
Ваш вопрос имеет отношение скорее к химии. Металлы имеют немолекулярное строение и сходные физические свойства: это твердые вещества (кроме ртути), они обладают характерным металлическим блеском, не имеют запаха, хорошо проводят тепло и электрический ток, а также имеют немолекулярное строение. Неметаллы также имеют свой набор свойств, отличающихся от металлов: отсутствует металлический блеск, имеют низкую электропроводность и теплопроводность; большинство неметаллов имеет молекулярное строение (кислород, азот, хлор, фтор и т.д.); неметаллы могут существовать в трех формах: жидком (бром), твердом (сера, иод, белый фосфор) и газообразном состоянии (водород, кислород, азот, инертные газы и т.д.).
Все эти свойства обусловлены строением металлов и неметаллов:
Высокую электропроводность металлов обуславливают свободные электроны, перемещающиеся по кристаллической решётке под действием электрических полей. При нагревании электропроводность уменьшается;
Металлический блеск металлов, пластичность и другие свойства обусловлены их кристаллическим строением, в узлах кристаллической решетки расположены отдельные атомы. Они слабо удерживают валентные электроны, которые по этой причине свободно перемещаются по всему объему металла, формируя единое электронное облако и в равной степени притягиваются всеми атомами.
Высокая теплопроводность металлов происходит из-за наличия свободных электронов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в данной части металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них – следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; вся масса металла принимает одинаковую температуру.
Металлы – восстановители (отдают электроны) они вступают в химические реакции с неметаллами, образуя оксиды, гидроксиды, соли. Самыми активными являются щелочные и щелочноземельные металлы, расположенные в I и II группах таблицы Менделеева. Благородные металлы (Au, Ag, Pt) малоактивны и не взаимодействуют с кислородом и водой;
Неметаллические свойства связаны со способностью атомов элементов присоединять к себе электроны. Притяжение внешних электронов к ядру тем сильнее, чем меньше размеры атома и больше заряд ядра. В периоде с ростом заряда ядра от элемента к элементу радиус атома уменьшается, сильнее становится притяжение внешних электронов к ядру и неметаллические свойства усиливаются.
Источник
Физические свойства материалов (их показатели):
- • цвет;
- • плотность;
- • теплопроводность;
- • температура плавления;
- • электропроводность;
- • магнетизм;
- • расширение при нагревании.
К химическим свойствам материалов относится межатомное взаимодействие материала с другими веществами.
Механические свойства материалов:
- • прочность;
- • твердость;
- • упругость;
- • пластичность;
- • вязкость.
Физические свойства
Цвет металла (сплава) является одним из показателей, позволяющих судить о его свойствах. При нагревании металла по цвету поверхности можно примерно определить, до какой температуры он нагрет. Это используется при сварочных работах. Однако некоторые металлы (например, алюминий) при нагревании не изменяют цвет. Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем неокисленного.
Плотность — отношение массы вещества к его объему. Плотность материала является одной из важнейших его характеристик, которая учитывается при проектировании, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими.
Теплопроводность (теплообмен) — способность материала переносить тепловую энергию при неравномерном нагревании, имеет атомно-молекулярный характер, измеряется в Вт/(м • К).
Температура плавления — температура, при которой материал переходит из твердого состояния в жидкое. Чистые металлы имеют постоянную температуру плавления.
Электропроводность — способность вещества проводить постоянный электрический ток под действием не изменяющегося во времени электрического поля. Так как в автомобилях используются в основном металлические детали, электрическая сеть автомобилей выполняется по однопроводной схеме, вторым проводом является сам автомобиль, т. е. его «масса».
Магнитные свойства металлов широко используются в электрооборудовании автомобиля (генераторе, системе зажигания, электродвигателях, контрольно-измерительных приборах).
Способность металлов расширяться при нагревании — важное свойство, которое также учитывается при коструировании. Например, при сварке происходит местное нагревание лишь небольшого участка, и так как деталь в различных частях имеет не одинаковую температуру, то она деформируется. Детали, изготовленные из разных материалов, при нагревании расширяются по-разному. Это тоже может привести к деформациям и даже к разрушению конструкции.
Усадка — уменьшение объема расплавленного металла при его охлаждении. Вследствие усадки сварного шва, например, происходит коробление детали, появляются трещины или образуются усадочные раковины. Чем больше усадка, тем труднее получить качественное соединение.
Механические свойства
Механические свойства материалов, как правило, являются основными показателями, которые определяют его пригодность в различных условиях эксплуатации.
Прочность — способность материала в определенных условиях и пределах не разрушаться, воспринимая те или иные воздействия (нагрузки, неравномерное нагревание, магнитные и электрические поля).
Твердость — способность материала сопротивляться местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела.
Упругость — свойство тела восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешней силы (нагрузки, нагревания). Большой упругостью, например, должны обладать рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов.
Пластичность — способность тела необратимо изменять форму (деформироваться) под действием механических нагрузок. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность металла, тем он легче куется, штампуется, прокатывается.
Вязкость — способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали несущей системы, подвески, колес автомобилей).
Химические свойства
Химические свойства металлов характеризуют их способность вступать в соединение с различными веществами (химическими элементами), и в первую очередь с кислородом. Чем легче металл вступает в соединение с различными химическими элементами, тем легче он разрушается. Разрушение металлов вследствие химического воздействия среды называется коррозией. Для достижения высокой коррозионной стойкости изготавливаются специальные стали: коррозионно- и кислотостойкие).
Технологические свойства
Совокупность физических, механических и химических свойств оказывает влияние на технологические свойства материала.
Технологические свойства имеют весьма важное значение при производстве тех или иных технологических операций и определяют пригодность металла к обработке тем или иным способом.
Свариваемость — свойство металлов создавать доброкачественные соединения при сварке, характеризующиеся отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах, причем иногда металл хорошо сваривается одним методом и неудовлетворительно — другим. Например, дюралюминий хорошо сваривается точечной сваркой и плохо — газовой, чугун хорошо сваривается газовой сваркой с подогревом и плохо — дуговой и т. д.
Жидкотекучесть — способность расплавленных металлов и сплавов заполнять литейную форму.
Ковкость — способность металлов и сплавов изменять свою форму при обработке давлением.
Обрабатываемость резанием — способность металла обрабатываться путем механической обработки (резание, фрезерование и т. д.), т. е. острым режущим инструментом (резцом, фрезой, ножовкой и т. д.).
Источник
Урок 15. Свойства металлов и сплавов
Цели: развивать у учащихся представление об основных свойствах металлов и сплавов; познакомить с основными свойствами металлов и сплавов; научить определять виды металлов и сплавов по внешним признакам.
Инструменты и оборудование: образцы различных металлов и сплавов (медь, алюминий, цинк, олово, сталь, чугун); слесарные инструменты.
Оформление доски: тема урока, новые слова (прочность, твердость, упругость, пластичность, ковкость, алюминии, дюралюминий, бронза).
Ход урока
Организационный момент
Переход к изучению новой темы
В 5 классе вы познакомились с некоторыми свойствами металлов, изучили приемы обработки тонколистового металла и проволоки. Этих знаний вполне достаточно для выполнения простых изделий из металла. Но для того чтобы изготовить более сложное изделие, необходимо подробно изучить свойства металлов и особенности их обработки. Правильно выбранный металл для детали позволяет изготовить качественное изделие.
План
Металлы и сплавы.
Свойства металлов и сплавов.
Виды металлов и сплавов.
Применение металлов и сплавов.
Изучение новой темы
Актуализация знаний по теме «Металлы и сплавы»
Что такое сплав? (Сплав — сложное вещество, состоящее из двух и более металлов или неметаллов с характерными для них свойствами.)
Какие металлы применяются в чистом виде? (Железо, алюминий, медь, цинк, олово.)
Какие сплавы чаще всего применяются при изготовлении деталей? (Сталь, чугун (сплав железа с углеродом), дюралюминий (сплав алюминия с медью, магнием), бронза (сплав меди со свинцом, оловом), латунь (сплав меди с цинком).)
Самостоятельная работа с текстом учебника
Прочитайте § 15, с. 68—69 (Сим.) или текст на с. 93 (Сас.).
Выпишите в тетрадь свойства металлов и сплавов.
Проверка записей в тетради
Механические свойства
Прочность. (Способность не разрушаться под действием нагрузки.)
Твердость. (Способность металлов и сплавов сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела.)
Упругость. (Свойство материала восстанавливать первоначальную форму и объем после прекращения действия внешних сил.)
Пластичность. (Способность металлов изменять свою форму под действием внешних сил, не разрушаясь.)
Технологические свойства
Теплопроводность. (Один из видов теплообмена, при котором перенос энергии в форме теплоты от одной части тела к другой имеет атомно-молекулярный характер.)
Электропроводность. (Способность металлов проводить электрический ток. Каждый металл имеет свое сопротивление.)
Магнитные свойства. (Способность металлов создавать магнитное поле самостоятельно или под действием внешнего магнитного поля.)
Износостойкость. (Способность металла сопротивляться действию истирающих усилий.)
Коррозионная стойкость. (Свойство металлов и сплавов противостоять коррозии.)
Рассказ учителя о внешних признаках, свойствах и применении металлов и сплавов
В объеме учебника: § 15, с. 70—71, рис. 54 (Сим.) или с. 96—97, рис. 63—64 (Сас.).
Рассказ следует сопровождать демонстрацией изделий, в которых применяется описываемый металл или сплав.
Практическая работа
Вводный инструктаж
Рассмотрение образцов металлов и сплавов.
Определение материала, из которого выполнены образцы.
Определение свойств образца (магнитных свойств, пластичности, твердости, упругости и др.)
Рассмотрение вариантов применения данного материала образца.
Составление таблицы и запись в нее своих наблюдений.
п/п
Назва-
ние металла или сплава
Цвет
образца
Прочность
Твердость
Упругость
Пластичность
Теплопроводность
Электропроводность
Магнитные свойства
Износостойкость
Коррозионная
стойкость
Приме-
нение
1
Медь
Розово-
красный
—
—
—
+
+
+
—
—
+
2
Сталь
Серебристо-
белый
+
+
+
+
—
+
+
+
—
Текущий инструктаж
Контроль соблюдения учащимися правил выполнения работы.
Корректировка выполнения работы по определению свойств металлов.
Контроль хода практической работы.
Заключительный инструктаж
Проверка заполнения таблицы.
Наведения порядка на рабочем месте.
Анализ успехов и ошибок в работе.
Закрепление изученного материала
– Что такое сплав? (Сплав — сложное вещество, состоящее из двух и более металлов или неметаллов с характерными для них свойствами.)
– Что характеризуют технологические свойства? (Способность данного материала подвергаться различным видам обработки.)
– Назовите механические свойства металлов и сплавов. (Прочность, твердость, упругость, пластичность.)
– Какие сплавы относятся к черным? (Сталь и чугун.)
– Чем отличается сталь от чугуна? (Сталь — сплав железа с углеродом с содержанием последнего до 2,14%. Чугун — сплав железа с углеродом с содержанием последнего более 2,14%, обычно 3—4,5%.)
VI. Подведение итогов урока
Учитель указывает школьникам на успехи в работе и недостатки, объясняет их причины и пути преодоления. В случае необходимости повторяет показ приемов выполнения отдельных действий. Объявляет ученикам оценки.
Домашнее задание
Прочитать § 15, с. 68-71 (Сим.) или текст на с. 92-97 (Сас.).
Подготовить устный развернутый ответ на вопрос:
– Какими свойствами обладают различные металлы и сплавы?
Выполнить задание 20, № 1—2, с. 29—30 (Сам.).
Источник