Свойства металлов и сплавов

Металлы и сплавы – поликристаллические вещества, обладают следующими основными свойствами:

· физическими:

· химическими;

· механическими;

· технологическими.

· эксплуатационными.

Физические свойства:

– плотность– масса единицы объема металла или сплава. Имеет размерность г/см³. Для стали эта величина составляетγ=7,85 г/см³, для алюминия – 2,7 г/см³, меди – 8,89 г/см³;

– температура плавления– температура, при которой металл или сплав переходит из твердого состояния в жидкое. Для железа эта величина составляетt_пл=1539˚С; для алюминия – 660˚С, для меди – 1083˚С;

– тепловое расширениеметалла или сплава – это приращение объема металла при нагреве вследствие увеличения подвижности атомов в узлах кристаллической решетки. Характеризуется тепловое расширение коэффициентом линейного расширения (α), под которым понимают увеличение единицы длины тела при нагреве на 1°С от 0°С. Для углеродистой стали при 20°Сα = 12·10^-6, для алюминия при 25˚С –α = 24,3·10^-6, для меди – 16,8·10^-6[⁰С^-1];

– теплопроводность– способность металла передавать тепло от более нагретых частей тела к менее нагретым.

Характеризуется коэффициентом теплопроводности (λ), показывающим сколько тепла может пройти в единицу времени через площадку 1м²на расстояние 1м перпендикулярно к ней при разности температур 1°С на двух противоположных сторонах куба. Размерность – Вт/(м·град). Для железа λ = 74,4 Вт/(м·град), для алюминия λ = 228 Вт/(м·град), для меди – λ = 390 Вт/(м·град);

– электропроводность – это способность металла проводить электрический ток.

За единицу электропроводности принимают величину (x), обратную удельному сопротивлению (ρ). Удельное сопротивление – сопротивление проводника сечением 1 мм² и длиной 1 м (Ом·мм²/м). Для железа ρ = 0,098 Ом·мм²/м; для алюминия ρ = 0,028 Ом·мм²/м; для меди ρ = 0,01724 Ом·мм²/м;

– магнитная проницаемость – способность металлов намагничиваться под действием магнитного поля. Характеризуется коэффициентом магнитной проницаемости (μ), равным отношению магнитной индукции (В) к напряженности магнитного поля (Н).

Химические свойства:

коррозионная стойкость на воздухе и в жидкой среде, при нормальной и повышенной температуре и т.п.

Механические свойства – свойства, которые характеризуют поведение металла при воздействии на него внешних сил.

Механические свойства стали зависят от химического состава, вида термической обработки и технологии изготовления.

Основные механические свойства:

– прочность – способность металлов сопротивляться деформациям, не разрушаясь;

– упругость– свойство металлов изменять форму и размеры под действием нагрузки и восстанавливать их после ее снятия;

–пластичность – свойство металлов изменять форму и размеры под действием нагрузки и сохранять их после ее снятия:

– вязкость – способность металлов и сплавов поглощать энергию;

– твердость – свойство металлов сопротивляться внедрению (вдавливанию) в его поверхность более твердого постороннего тела;

– ползучесть– свойство металла медленно деформироваться (удлиняться) при высокой температуре под действием постоянной растягивающей нагрузки, которая создает напряжение ниже предела упругости для данного металла (для стали t = 30…350˚С);

– усталость металла – явление разрушения металла (сплава) при многократном его нагружении;

– предел выносливости – наибольшее напряжение, которое металл может выдерживать без признаков разрушения после заданного количества нагружений знакопеременным изгибом или другим видом деформации при закреплении испытуемого образца одним концом.

Механические свойства определяют на основании статических или динамических испытаний.

Технологические свойства – способность подвергаться различным видам технологической обработки (ковке, штамповке, сварке, резанию и т.д.).

Эти свойства определяют по технологическим пробам, которые дают качественную оценку пригодности металлов и сплавов к тем или иным способам обработки.

К основным технологическим свойствам относятся:

– обрабатываемость резанием – способность металла или сплава подвергаться обработке механическим резанием на металлорежущем оборудовании или иным способом. Она определяется стойкостью инструмента при заданном режиме резания и чистотой поверхности;

– свариваемость– свойство металла или сплава при установленной технологии сварки образовывать монолитное соединение, отвечающее конструкционным и эксплуатационным требованиям;

– жидкотекучесть– под ней понимают способность расплавленного металла заполнять литейную форму.

Эксплуатационные свойства – способность материала работать в конкретных условиях

Эксплуатационные свойства характеризуют:

1.Износостойкость– способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

2.Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться действию агрессивных кислотных, щелочных сред.

3.Жаростойкость – это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

4.Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.

5.Хладостойкость– способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах.

6.Антифрикционность– способность материала прирабатываться к другому материалу.

Эти свойства определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы изделий.
При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства.