Какими свойствами должны обладать металлы
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 · 14,8 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.
Почему нержавейка ржавеет?
Нержавеющие стали подвержены коррозии или по простому сказать ржавеют по нескольким очевидным причинам:
Химический состав стали: противодействует ржавчине наличие хрома в стали и чем его больше, тем более сталь противостоит коррозии. Существуют сплавы с различным содержанием хрома, в зависимоти от того, где будет использоваться материал
Условия в которых, так сказать, “работает” материал: есть типы нержавеющей стали, которые могут использоваться только в теплых помещениях и долго прослужить. Есть тыпы сталей, которые быстро ржавеют из-за постоянного контакта воды и воздуха(например баки, в которых постоянно меняется уровень воды)
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
Какие металлы относятся к драгоценным?
Engineer – programmer ⚡⚡ Разбираюсь в компьютерах, технике, электронике, интернете и… · zen.yandex.ru/gruber
Драгоценные металлы — это металлы, чья стоимость существенно выше стоимости других металлов из-за сложности их добычи или малого количества.
К драгоценным металлам относятся следующие:
- Золото;
- Серебро;
- Платина;
- Палладий.
- Иридий
- Родий;
- Осмий;
- Рутений.
Прочитать ещё 2 ответа
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).
Источник
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ
Подробнее о нержавеющем и цветном металлопрокате на сайте https://www.auremo.org/
Одно из важнейших свойств металла — его твёрдость.
Железный гвоздь нельзя забить в камень или кирпич, так как они твёрже, чем железо. Твёрдость — это способность тела сопротивляться вдавливанию в его поверхность другого тела.
Самой высокой твёрдостью обладает химический элемент углерод, встречающийся в виде алмаза. Алмазной крупинкой с остро отточенными краями легко режут стекло. С твёрдостью алмаза сравнивают твёрдость всех других веществ.
Установлена сравнительная шкала твёрдости. По этой шкале твёрдость алмаза равна 10 единицам. Все другие минералы и металлы имеют твёрдость меньше 10. Эта шкала твёрдости называется минералогической.
Твёрдость кристаллического тела во многом зависит от типа решётки. Чем ближе расположены атомы друг к другу и чем больше находится электронов во внешних слоях атомов, тем твёрже тело.
Различные металлы имеют разную твёрдость. На этом основана их обработка резанием. Например, стальной резец легко снимает стружку с медных или алюминиевых изделий, а для обработки самой стали требуется резец из более твёрдых, чем сталь, сплавов.
Твёрдость металлов и сплавов измеряют особым прибором — твердомером (рис. 6), главной частью которого является оправка с алмазным наконечником. Под действием строго определённого груза алмаз углубляется в поверхность испытуемого изделия. Чем глубже он войдёт, тем менее твёрдо изделие. Конечно, не всякий раз замеряют глубину внедрения алмаза. Стрелка твердомера сразу показывает единицы твёрдости.
Испытаниями определено, что твёрдость закалённой стали в де – сять-пятнадцать раз выше твёрдости меди и в пять раз выше твёрдости алюминиевых сплавов.
Важным качеством металла является его прочность.
Какой груз можно подвесить, например, на тонкой проволоке, поперечное сечение которой один квадратный миллиметр?
Если проволока из меди, то она выдержит груз не более 20—22 килограммов, проволо – рис 0^ Прибор для испытания металлов ка из высокопрочной на твёрдость: /—циферблат, 2—алмаз стали выдерживает для испытания, 3 — столик с винтом, 4 — до 180—200 килограм – рукоятка, 5—груз,
Мов. Эти нагрузки соответствуют пределу прочности, так как дальнейшее увеличение груза приведёт к разрыву проволоки.
Пределом прочности металла при растяжении называется нагрузка, приходящаяся на каждый квадратный миллиметр поперечного сечения образца в момент его разрушения.
Часто нагрузку, которая приходится на единицу площади (на 1 мм), называют напряжением. При испытании металлов на прочность получают специальные диаграммы растяжения (рис. 7). На этой диаграмме по
Рис. 7. Диаграмма растяжения образца: перво
Начальная длина образца, — увеличение длины образца.
Вертикальной оси отмечается величина нагрузки, а по горизонтальной — величина удлинения образца при его растяжении.
Рис. 8. Образцы двух разных металлов после испытания на растяжение: а — хрупкий металл, б—пластичный металл.
Разные металлы резко отличаются друг от друга по прочности. Например, некоторые сорта стали имеют предел прочности до 200 кг! мм2, а свинец — всего 2 кг! мм2.
Во время испытания на растяжение стального и свинцового образцов (рис. 8) даже неопытный наблюдатель заметит существенную разницу в их поведении. Свинцовый образец до разрыва увеличивается в длину почти вдвое. Стальной же образец до самого разрушения почти не изменится в длине и разрушится с треском сразу.
Способность металла под действием сил изменять свою первоначальную форму называется пластичностью.
Какой металл практически лучше — тот, который разрушается без изменения своей формы, или тот, который способен перед разрушением несколько изменять форму, т. е. деформироваться?
Стальные балки железнодорожного моста, по которому идут днём и ночью нагруженные составы, обладают, кроме прочности, ещё и пластичностью. В противном случае они при перегрузке моста без изменения формы и размеров разрушились бы, как разрушается стекло. Но так как стальные балки моста обладают некоторой пластичностью, то при действии больших нагрузок они вначале чуть-чуть изогнутся и останутся в таком виде и после того, как состав уйдёт. Это даёт возможность при осмотре обнаружить изгиб балок и принять меры, предупредить катастрофу.
Благодаря свойству пластичности детали машин и сооружений как бы «сигнализируют» о том, что работают при чрезмерно больших напряжениях. Вот почему для изготовления деталей машин и для узлов конструкций употребляются металлы, обладающие достаточными пластичными свойствами.
В технике очень много сооружений, на которые длительное время воздействуют небольшие нагрузки. Наблюдая за поведением нагруженных узлов, можно обнаружить, что они непрерывно, хотя и очень медленно, изменяют свою первоначальную форму.
Свойство металлов медленно и непрерывно изменять свою форму при длительном воздействии даже невысоких напряжений называется ползучестью. Одни металлы, как, например, свинец, медь, олово и др., находясь под нагрузкой, заметно ползут уже при комнатной температуре. Например, тяжёлый свинцовый лист, прибитый гвоздём к стенке, под действием своего веса постепенно «поползёт» вниз (рис. 9). Ползучесть стали возможна лишь при повышенных температурах. Чем большей устойчивостью против ползучести обладает сплав, тем он более ценен для машин, детали которых ргаботают при высоких температурах.
Есть ещё очень важное свойство металлических изделий — сопротивляться действию переменных по величине и по направлению нагрузок. Примером такого изде –
Рис. 9 — Свинцовый лист, прибитый гвоздём к стене, «ползёт» даже ори обычной температуре; а — перемещение листа под действием собственного веса.
Лия может служить коленчатый вал двигателя (рис. 10). При работе он многократно подвергается изгибу во всевозможных направлениях. При этом напряжение всё время изменяет свою величину и направление.
Известны случаи поломки коленчатых валов даже при небольших напряжениях. Такие поломки обычно происходят после длительной работы детали. Объясняется это
Рис. 10. Коленчатый вал должен обладать высокой выносливостью при переменных нагрузках.
Тем, что при длительном воздействии многократно повторяющихся напряжений в одном каком-то месте появляется мельчайшая невидимая невооружённым глазом трещина, которая с течением времени увеличивается и, наконец, приводит к разрушению детали. В таких случаях говорят, что деталь разрушилась от усталости. Изучение усталости металлов показало, что все металлы и сплавы обладают пределом выносливости. Пределом выносливости называется величина напряжения,
Которое может выдержать деталь без разрушения при сколь угодно большом количестве нагружений. Чем выше предел выносливости металла, тем при более высоких переменных напряжениях может работать деталь. Например, стальная ось железнодорожного вагона рассчитывается так, чтобы она в течение своей жизни могла выдержать 400 миллионов нагружений, а вал паровой турбины— не менее 15 миллиардов смен нагрузок.
Мы выяснили, что практическая ценность металлов определяется в первую очередь их прочностью, пластичностью, твёрдостью и пределом выносливости. А можно ли улучшить эти качества металлов? Можно. Такую возможность даёт введение в обычные металлы небольших добавок некоторых редких металлов. Эти добавки в несколько раз повышают механические свойства металлов: твёрдость, предел прочности, предел усталости, сопротивление ползучести, упругость. Помимо этого, металлы становятся более стойкими против воздействия крепких кислот и щелочей, меньше теряют прочность при разогревании, лучше сопротивляются окислению.
Вот об этих свойствах редких металлов мы сейчас и расскажем.
С Реди редких металлов имеются такие, которые обладают особым физическим свойством — радиоактивностью. К ним относится радий, торий, уран. Изучение их началось с конца XIX века. В 1898 году молодой …
М Ного лет назад, исследуя золу, получающуюся при сжигании каменного угля, химики обнаружили в её составе 46 химических элементов. В их числе было немало редких и рассеянных элементов. Исследование морских …
В прежние времена, когда наука и техника были на низком уровне развития, природа для человека была единственным источником, откуда он брал в готовом виде всё, что ему нужно было для …
Источник
Среди металлов традиционно выделяют несколько групп. Входящие в их состав представители характеризуются отличной от других металлов химической активностью. Такими группами являются:
- благородные металлы (серебро, золото, платина);
- щелочные металлы (металлы, образованные элементами (I)А группы периодической системы);
- щелочноземельные металлы (кальций, стронций, барий, радий).
Простые вещества, обладающие металлическими свойствами, в химических реакциях всегда являются восстановителями. Положение металла в ряду активности характеризует то, насколько активно данный металл способен вступать в химические реакции (т. е. то, насколько сильно у него проявляются свойства восстановителя).
Ряд активности металлов
| (Li, K, Ba, Ca, Na, ) | (Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb) | H2 | (Cu, Hg, Ag, Pt, Au) |
активные металлы | металлы средней активности | неактивные металлы |
1. Чем левее стоит металл в этом ряду, тем более сильным восстановителем он является.
2. Каждый металл способен вытеснять из растворов солей те металлы, которые в ряду активности стоят после него (правее).
3. Металлы, находящиеся в ряду активности левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.
4. Щелочные и щелочноземельные металлы в любых водных растворах взаимодействуют прежде всего с водой.
Общие химические свойства металлов
Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами
1. Металлы взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды.
Металл + кислород → оксид.
Например, при взаимодействии магния с кислородом образуется оксид магния:
2Mg0+O02→2Mg+2O−2.
Видеофрагмент:
Обрати внимание!
Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют.
2. Металлы взаимодействуют с галогенами (фтором, хлором, бромом и иодом), образуя галогениды.
Металл + галоген → галогенид металла.
Например, при взаимодействии натрия с хлором образуется хлорид натрия:
2Na0+Cl02→2Na+1Cl−1.
3. Металлы взаимодействуют с серой, образуя сульфиды.
Металл + сера → сульфид металла.
Например, при взаимодействии цинка с серой образуется сульфид цинка:
Zn0+S0→Zn+2S−2.
Видеофрагмент:
Взаимодействие цинка с серой
4. Активные металлы при нагревании реагируют с азотом, фосфором и некоторыми другими неметаллами.
Например, при взаимодействии лития с азотом образуется нитрид лития:
6Li0+N02→2Li+13N−3.
При взаимодействии кальция с фосфором образуется фосфид кальция:
3Ca0+2P0→Ca+23P−32.
Взаимодействие со сложными веществами
1. Щелочные и щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой при обычных условиях, образуя растворимое в воде основание (щёлочь) и водород.
Активный металл + вода → щёлочь + водород.
Например, при взаимодействии натрия с водой образуются гидроксид натрия и водород:
2Na0+2H+12O−2→2Na+1O−2H+1+H02.
Видеофрагмент:
Взаимодействие натрия с водой
Обрати внимание!
Некоторые металлы средней активности реагируют с водой при повышенной температуре, образуя оксид металла и водород.
Например, раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe_3O_4 и водород:
3Fe0+4H+12O−2→Fe+2O−2⋅Fe+32O−23+4H02.
2. Mеталлы, стоящие в ряду активности металлов левее водорода, взаимодействуют с растворами кислот, образуя соль и водород.
Металл + кислота → соль + водород.
Например, при взаимодействии алюминия с серной кислотой образуются сульфат алюминия и водород:
2Al0+3H+12S+6O−24→Al+32(S+6O−24)3+3H02.
Видеофрагмент:
Реакция алюминия с серной кислотой
3. Металлы реагируют с солями менее активных металлов в растворе, образуя соль более активного металла и менее активный металл в свободном виде.
Более активный металл + соль → соль более активного металла + менее активный металл.
Например, при взаимодействии железа с сульфатом меди((II)) образуются сульфат железа((II)) и медь:
Fe0+Cu+2S+6O−24→Fe+2S+6O−24+Cu0.
Видеофрагмент:
Взаимодействие железа с сульфатом меди
Источник