Какие свойства теряет метал
Как известно, не все металлы одинаковы, и температурное воздействие может менять их структуру по-разному. Но основная масса распространенных металлов приобретают пластичность при нагревании. Среди них: алюминий, железо, сталь, латунь и т.д. То есть, при воздействии температуры, они способны растягиваться, меняя свою структуру. В это время металл можно ковать, придавая ему любую форму по желанию мастера. Однако есть металлы, которые не обладают пластичностью при нагревании, и во время попытки их ковать, совершая удары, они могут просто трескаться и разрушаться. Среди них: цинк, серый чугун, сплав олова и бронзы, и др.
Поведение металлов при воздействии разных температур
Железо и сталь – самые популярные металлы, которые хорошо поддаются температурному воздействию и ковке. Однако, необходимо учитывать тот факт, что при воздействии разной температуры эти металлы и ведут себя по-разному. Например, если нагреть сталь до температуры чуть выше 900°С, то ковать ее будет 2,5 раза сложнее, нежели если нагреть металл до 1200 °С. Следовательно, чем меньше температура нагрева, тем сложнее ковать. Это логично. Но необходимо знать, что нагрев стали уже до 600 °С способствует изменению ее структуры и улучшается пластичность. Температуру регулируют в зависимости от вида работ, которые планируют проводить со сталью.
Интересный факт: при нагревании стали от комнатной температуры, например, от 15-20 градусов и до 600 °С процесс видоизменения металла происходит по-разному. На значении в 300 °С наступает первый предел прочности на растяжение, но в этот момент металл становится очень хрупким. И только после значения в 600 °С сталь можно начинать растягивать и ковать. Далее, чем выше поднимается температура, тем ниже падает прочность стали. При 1200°С-1300°С, в сравнении со сталью комнатной температуры, ее прочность падает в 30 раз.
Что касается цветных металлов и других сплавов, то температура плавления у них меньше, чем у стали, а значит и все значения уменьшатся. Например, алюминий становится в 30 раз менее прочным уже при нагревании до 600 °С. В таком состоянии их можно легко деформировать, не затрачивая при этом особых усилий.
Максимальная температура для снижения прочности металлолома
Если сталь нагревать сильнее, чем до 1300 °С, то начинается превращение металла в жидкую фазу. Для того, чтобы этого не случилось, на пунктах приема металлолома установлены специальные печи, с максимальной температурой 1400 °С. Если поднимать температуру выше этого значения, то сталь расплавится. Этого допустить нельзя, ведь при, так называемом, пережоге стали наблюдаются негативные реакции в следующей последовательности:
- Кристаллы и зерна металла начинают оплавляться;
- Проникновение кислорода в межкристаллическое пространство;
- Образование окиси железа на гранях зерен;
- Разрушение металла.
Все эти факторы приводят к порче материала и неисправному браку. Именно поэтому печь должна быть отрегулирована положенным образом, а металл должен находится в ней только определённое короткое время. Во избежание пережога.
Прием металлолома metprom-group.ru оснащен всей необходимой специализированной и современной техникой, как для транспортировки и погрузки лома, так и для его дальнейшей обработки. Также, компания предлагает услуги вывоза лома с территории заказчика и очень выгодные цены. Сдав ненужный лом, вы сможете не только подзаработать, но и дать металлу вторую жизнь, сэкономив, таким образом, ценные ресурсы.
Источник
ВНУТРЕННИЕ УСИЛИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СВАРКЕ
Механические свойства металла изменяются в зависимости от его температурного состояния. В процессе сварки металл подвергается нагреву до высоких температур, изменение которых происходит в широких пределах и в сравнительно короткое время.
Механические характеристики металла при высоких температурах нельзя считать полностью исследованными. Более обстоятельно изучены механические свойства металла в области упругих изменений. На фиг. 9 представлено изменение механических характеристик стали в зависимости от температуры при нагреве до 500—600° С [2].
Модуль упругости стали Е при нагревании постепенно понижается, а коэффициент теплового расширения а возрастает. В области температур упругих изменений стали произведение аЕ можем принять постоянным и равным (хЕ = 12 • 10-6 • 2,1 • 106^ = 25 кГ/см2.
Предел прочности стали оь с повышением температуры до 100°С несколько снижается, затем при дальнейшем нагреве повышается и имеет наибольшее значение в области температур 200—300°С. При нагреве от 300 до 500°С предел прочности стали, кроме жароупорной, постепенно понижается. При температуре выше 500°С предел прочности стали резко снижается, принимая при 600°С весьма низкие значения по сравнению с прочностью при обычных температурах.
Пластические свойства стали, характеризуемые относительным удлинением и поперечным сужением при разрыве, неск(элько снижаются в области температур 150—300° С. С увеличением температуры выше 300°С пластические свойства стали возрастают. Такой характер изменения пластических свойств стали показывает, что при большой скорости остывания закрепленного стального элемента его разрыв при температурах 150—300°С весьма вероятен. Этим объясняется целесообразность предварительного подо-
21
грева стали при сварке до 150—200° С, чтобы замедлить остывание после сварки.
Предел текучести стали ст с повышением температуры до 500° С несколько понижается, а затем при дальнейшем повышении температуры (свыше 500°С) резко падает, доходя почти до нуля при температуре 600°С.
Фиг. 9. Зависимость механических свойств стали от температуры.
В действительности предел текучести стали несколько повышается в области температур 150—300°С, затем постепенно понижается при нагреве до 500° С, а после этого резко падает (фиг. 10, пунктирная кривая). Ввиду малых значений предела текучести стали при температуре 600°С и выше, примем допущение, что предел текучести сталей, кроме жароупорной, при температуре 600° С и выше имеет нулевое значение (фиг. 11). Другими словами, будем считать, что при температуре 600°С и выше сталь находится только в пластическом состоянии, теряя полностью свои упругие свойства.
При охлаждении стали ниже нуля предел прочности и предел текучести повышаются, причем предел текучести приближается к пределу прочности.
При весьма низкой температуре сталь теряет пластические свойства, переходит в хрупкое состояние и становится хладно-
Фиг. 10. Зависимость предела текучести аг стали
от температуры:
1 — схематизированная диаграмма; 2 — действительная диаграмма.
бгшКГ/СМ>
Фиг. 11. Условная зависимость предела текучести стали от температуры:
1 — схематизированная диаграмма; 2 — условная диаграмма.
ломкой. Для каждого металла существует своя критическая температура, выше которой металл способен пластически деформироваться, а при температурах ниже критических металл теряет способность к образованию пластических деформаций и разрушается в виде хрупкого излома. Для стали критическая температура, ниже которой происходит хрупкое разрушение, находится в области — 65—160° С.
Помимо низких температур, на хрупкое разрушение стали большое влияние оказывает концентрация напряжений, вызванная
Фиг. 12. Работа излома стали при разных температурах; а — ненадрезанные образцы; б — надрезанные образцы.
надрезами и неровностями. Хрупкое состояние стали может быть вызвано объемным напряженным состоянием, при котором весьма затруднено образование пластических деформаций.
На фиг. 12 приведены кривые ударной вязкости котельной стали в зависимости от температуры [3]. Кривые А соответствуют результатам испытаний стали, подвергавшейся предварительно нормализации для измельчения зерна, а кривые В соответствуют результатам испытаний крупно-зернистой стали.
Критическая температура ненадрезанных образцов для стали А— 160°С, а для стали В—90°С. При наличии надрезов критическая температура хрупкого разрушения значительно выше и для стали А равна +5° С, а для стали В +45° С (см. фиг. 12).
Для устранения деформаций после ‘сварки – применяется холодная и горячая правка сварных конструкций. Холодная правка основана на растяжении укороченных участков и мест сварной конструкции до проектных размеров – и форм. …
Образование остаточных напряжений и деформаций при сварке вызывается появлением внутренних усилий при местном нагреве металла. Оба эти явления находятся во взаимной связи, но проявляются при сварке конструкций в различной степени …
могут быть самые разнообразные и зависят от характера соединений и вида конструкции, применяемых методов сварки, режима нагрева, механических характеристик и химического состава свариваемых металлов. Как правило, для уменьшения пиков остаточных …
Источник
Металл после деформации теряет свои свойства и переходит в неравновесное состояние. В равновесии металл пребывает при незначительном искажении кристаллической решетки и снятие напряжения, при возможности атомам к перемещению. В холодном состоянии подвижность структуры теряется, и состояние наклепа сохраняется неограниченное время. Когда же металл нагревается, диффузия атомов увеличивается, а процесс разупрочнения приводит структуру вещества в равновесие – возврат и рекристаллизация.
Возврат:
при небольшом нагреве атомы ускоряются и становятся более подвижными, уменьшается плотность их дислокации и внутреннее напряжение. В следствии трансформации, кристаллическая решетка восстанавливается.
Первая стадия возврата (частичное разупрочнение) называется отдыхом и возникает при температуре Т=(0.25…0.3)Тпл. В этой стадии кристаллическая решетка уменьшает искажение, но не теряет форму, размер и не влияет на текстуру деформации.
Деление зерен на фрагменты и полигоны при скольжении называется полигонизацией. При воздействии температуры возврата иногда возможно группировка зерен в стенки и деление их малоугловыми границами (рис.1).
При полигонизации кристалл имеет меньше энергии, поэтому образование полигонов энергетически выгодный процесс. Трансформация протекает при небольшой деформации, поэтому прочность снижается на 10 – 15%, а пластичность увеличивается (рис.2).
Границы полигонов имеют тенденцию к передвижению в сторону более плотной дислокации. Это увеличивает углы разориентировки зерен образованным при рекристаллизации. Процесс проходит без изменений в микроструктуре (рис. 3а).
Температура начала полигонизации не постоянная. Скорость возврата зависит от структуры металла, наличие примесей и их особенности, степени деформирования.
Рекристаллизация:
значительный нагрев побуждает атомы к миграции и процесс рекристаллизации происходит более наглядно.
Зарождение новых зерен правильной формы при нагреве деформированного вещества до определенной температуры называется рекристаллизацией. Дополнительный нагрев способствует резкому изменению структуры и свойств металла. Это проявляется в снижении прочности и электросопротивлению и стремительном повышении пластичности и теплопроводности вещества.
Первая стадия (первичная рекристаллизация) протекает с образованием новых правильных центров кристаллизации в местах наибольшей деформации, их росте и образовании неискаженной решетки. Количество новых фрагментов постепенно возрастает, и они полностью замещают деформированный участок. Энергетический потенциал для рекристаллизации основан на аккумулированной энергии наклепанного металла. Структура вещества всячески способствует образованию правильной кристаллической решетки.
Вторая стадия (собирательная), протекает как процесс роста новых зерен кристаллической решетки с помощью их поверхностной энергии. Малые зерна благодаря большей поверхности раздела более энергозапасливы, чем зерна больших размеров. Увеличение размера кристаллического центра снижает протяженность границ, и структура вещества приобретает равновесное состояние.
Рекристаллизация начинается при температуре строго пропорциональной температуре плавления: Трек =аТпл, для металлов а=0.4, для твердых растворов а=0.5…0.8, для металлов высокой чистоты а=0.1…0.2.
Свойства возвращенных металлов в большей степени зависят от размера образованных зерен. Большие их размеры при нагреве до показателя t1 снижают прочность и пластичность всей структуры. Основными показателями процесса, вследствие которых зерна приобретают определенный размер, являются – степень повреждения, температура нагрева и длительность выдержки (рис. 4).
Крупные зерна образуются при повышении температуры, увеличении времени, начальной деформации в 3 – 10 %. Такой показатель повреждения считается критическим и не очень желательным для проведения рекристаллизации.
Возвращение метала, путем рекристаллизации, на практике проводят при температуре 600 – 700 градусов Цельсия для малоуглеродистой стали, 560 – 700 градусов – для латуни и бронзы, алюминий трансформируется при 350 – 450 градусов, титановый сплавы – 550 – 750 градусов Цельсия.
Поделитесь этим материалом:
Источник
Слово «металл» заимствовано из немецкого языка и окончательно усвоено в Петровскую эпоху. Первоначально имело общее значение «минерал, руда, металл», а разграничение этих понятий произошло во времена М.В.Ломоносова.
Немецкое слово «metall» произошло от латинского «metallum» — «рудник, металл».
В латинский язык слово пришло из греческого — μεταλλον: «рудник, копь».
В современном понимании, металлы — группа химических элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами: высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.
Однако в астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия.
Как химические элементы металлы очень распространены. Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:
6 элементов в группе щелочных металлов,
6 в группе щёлочноземельных металлов,
38 в группе переходных металлов,
11 в группе лёгких металлов,
7 в группе полуметаллов,
14 в группе лантаноиды + лантан,
14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,
вне определённых групп — бериллий и магний.
Таким образом, к металлам относится 96 элементов из всех открытых.
Свойства металлов
Характерные свойства металлов
Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)
Хорошая электропроводность (из неметаллов электропроводностью обладает также углерод)
Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако некоторые металлы, например, германий и висмут, непластичны)
Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)
Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
Большая теплопроводность
В реакциях чаще всего являются восстановителями
Физические свойства металлов
Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью.
Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39°C (ртуть) до 3410°C (вольфрам). За исключением щелочных, металлы плавятся при высокой температуре, однако некоторые, например, олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.
В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0.53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность затруднительно: требуется полностью очистить металлы, так как любые примеси снижают их плотность.
Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако проволока из цинка или олова хрустит при сгибании, марганец и висмут почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла. Очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым.
Все металлы хорошие проводники. Это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла. Широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.
Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.
Металлы в природе. Добыча и обогащение
Источник
Главная > Новости > Какой металл лучше выбрать для поставленной цели?
Металлы отличаются друг от друга различными параметрами. Принято выделять физические и химические свойства металла.
Физические свойства определяют внешние характеристики металла. К ним относят: вес, цвет, электропроводность. Также физические свойства характеризуют то, насколько металл проводит тепло, какая у него плотность и пластичность.
Химические свойства связаны с реакцией металлов на определенные воздействия. Например, насколько сильно металл подвержен коррозиям, как он окисляется и способен ли растворяться в жидкостях.
Рассмотрим более подробно характеристики каждого из свойств.
- Цвет. Это характеристика, которая отображает оттенки металлов – серебристый, белый, стальной, желтый. Интересно то, что металлы не пропускают через себя свет. Они его отражают. Большая часть известных металлов имеет серебристо-белые оттенки. По цвету металлы подразделяются на черные и цветные.
- Способность плавиться. Одно из главных и основных свойств металлов. Характеризует реакцию металла на повышения и понижение температуры. Плавкость показывает, как быстро металл из твердого состояния, может превратиться в жидкое и наоборот. И какие температуры при этому нужны. Температуру при плавлении разных металлов часто меняют с определенными интервалами. Иногда, чтобы расплавить металл, нужно постепенно повышать температуру. Если это сделать сразу, качество изделия из этого металла может быть на низком уровне. Знание характеристик плавкости того или иного металла позволяет применять сплавы для создания специальных матриц, которые защищают различные приборы от возгорания.
- Электропроводность показывает, насколько металл способен пропускать и переносить электричество. Все металлы, по сравнению с другими материалами, отличаются огромной электропроводностью. Кстати, чем больше температура воздействия на металл, тем меньше он проводит через себя электричество. Сплавы из разных металлов характеризуются меньшей электропроводностью.
- Магнитные характеристики. Магнитностью обладают небольшое количество металлов – железо, николь, кобальт. Но при повышении температуры и эти металлы теряют свойство магнитности. На магнитные характеристики особое внимание уделяется во время создания машин и приборов связи.
- Теплопроводимость – способность металлов проводите тепло.
- Вес – он измеряется в граммах, расчет идет по одному кубическому сантиметру. Металлы подразделяются на тяжелые и легкие. Самый маленький удельный вес у магния, самый большой у вольфрама. В машиностроении данная характеристика металла является очень важным элементом.
Кстати, ртуть это единственный жидкий металл. Все остальные металлы относятся к твердым. Исключения составляют сплавы разным металлов.
Знание физических свойств металлов, позволяет применять их по назначению, выбирать способы обработки и прогнозировать сроки службы.
Рассмотрим подробнее химические свойства металлов.
Химические свойства зависят от того, как располагаются атомы. Тип кристаллической решетки также влияет на химию металла. Все металлы с легкостью отдают электроны.
Устойчивость к коррозиям. Коррозия – это изменение (разрушение) металлов в ходе какого-то воздействия. Воздействие может быть физическим, химическим. Всем известны пример коррозии – появление ржавчины на металлах. Стойкость к разрушению является очень важной характеристикой при выборе металла. Благородные металлы практически не подвергаются коррозии (например, золото, платина). Цветные металлы в меньшей степени подвержены разрушению. Больше всего поддаются коррозийным изменениям черные металлы. Для того, чтобы достичь высокой стойкости к разрушению, часто используют специальные покрытия и определяют, какой металл лучше подойдет для поставленной цели.
Способность к окислению. Данная характеристика отображает, как металл взаимодействует с кислородом с применением различных окислителей.
Способность к растворению. Есть группы металлов, которое при определенных условиях хорошо растворяются. Из них можно получить твердый раствор. Для растворения применяют различные кислоты. Также существует анодное растворение. Для этих целей применяется раствор электролита.
Ниже в Таблице 1 рассмотрены все физические показатели трех металлов.
Физические свойства металла | Алюминий | Железо | Медь | |
1 | Состояние | твердый | твердый | твердая |
2 | Цвет (оттенок) | серебристо-белый | серый | с красным оттенком |
3 | Пластичность | высоко-пластичный | пластичный | самый пластичный |
4 | Твердость | <2,5 | Диапазон от 2,5 до 5 | < 2,5 |
5 | Блеск | блестит | блестит на свежем срезе | блестит, если потереть |
6 | t плавления | Легкоплавкий (660) | Тугоплавкий (1540) | Средний (1080) |
7 | Плотность | Легкий (2,7) | Тяжелый (7,7) | Тяжелый (9) |
8 | Теплопроводность | + | + | + |
9 | Электропроводность | + | + | + |
Таблица 1. Сравнение физических свойств разных металлов.
(Условные обозначения: + «хорошая»)
Из данной таблицы видно, что сравниваемые металлы по одним свойствам одинаковые или очень схожи, а по другим явно отличаются друг от друга. Одни металлы можно отличить друг от друга по внешнему виду (цвет, блеск, состояние). А другие свои отличия проявляют в процессе воздействия на них (повышение/понижение температуры, физическое воздействие). Все эти свойства позволяют выбрать тот металл, который соответствует необходимым требованиям в производстве различных металлических изделий.
Рассмотрим химические свойства данных металлов.
- Алюминий – активный металл. При попадании на открытый воздух на поверхности появляется пленка оксида. Коррозия алюминия случается в очень редких случаях. Относится к металлам не подверженным к разрушению. Он хорошо взаимодействует с кислородом, галогенами, серой (при повышении температуры), с углеродом (при повышении температуры). Ртуть способна разрушить поверхность алюминия. Алюминий применяется как покрытие на изделиях с целью защиты от окисления во время нагревания.
- Железо – относится к металлам средней активности. При обычной температуре не взаимодействует с кислородом и водой. Но если воздух влажный, то железо очень быстро подвергается коррозии. На поверхности появляется ржавчина и темные пятна. С различными металлами железо легко образует сплавы. Взаимодействует с галогенами, серой, кислотами.
- Медь – при попадании на воздух сверху покрывается пленкой карбоната. Он предотвращает дальнейшее окисление почвы. При повышении температуры способна вступать в реакцию с простыми и сложными веществами.
Все металлы обладают определенными свойствами и характеристиками. Знание этих свойств необходимо для правильного применения металлов. Не все металлы одинаково реагируют на внешние условия, физическое воздействие, температуру. Физические и химические свойства относятся к самым главным характеристикам металлов.
Для исследования свойств металлов в наше время применяют различные методы. Проводят следующие виды анализа: химический, спектральный, механический, технологический. Это самые часто используемые методы, которые позволяют оценить качество изделия, и получить информацию о происхождении металла и его основные параметры.
06.09.2019
7
2445
Источник