Материаловедение физические свойства металлов и сплавов: Основные свойства металлов и сплавов
alexxlab | 31.07.1973 | 0 | Разное
Глава 1. Металлические материалы / Глава 1.2. Основные свойства металлов и сплавов
Металлы и сплавы характеризуются комплексом физических, механических, химических и технологических свойств.
Физические свойства металлов и сплавов: блеск, плотность, температура плавления, теплопроводность, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства, расширяемость при нагревании и фазовых превращениях.
Механические свойства металлов и сплавов: твердость, упругость, прочность, хрупкость, пластичность, вязкость, износостойкость, сопротивление усталости, ползучесть.
Химические свойства металлов и сплавов определяют их способность сопротивляться воздействию окружающей среды. При контакте с окружающей средой металлы и сплавы подвергаются коррозии, растворяются, окисляются и снижают свою жаропрочность.
Технологические свойства металлов и сплавов: ковкость, свариваемость, прокаливаемость, склонность к обезуглероживанию, обрабатываемость резанием, жидкотекучесть, закаливаемость. Они характеризуют способность металлов и сплавов обрабатываться различными методами. Кроме того, они позволяют определить, насколько экономически эффективно можно изготовить изделие.
Ковкость – способность металла и сплава обрабатываться путем пластического деформирования.
Свариваемость – способность металла и сплава образовывать неразъемное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла (сплава).
Прокаливаемость – способность металла и сплава закаливаться на определенную глубину.
Склонность к обезуглероживанию металла и сплава – возможность выгорания углерода в поверхностных слоях изделий из сплавов и сталей при нагреве в среде, содержащей кислород и водород.
Обрабатываемость резанием – поведение металла и сплава под воздействием режущего инструмента.
Жидкотекучесть – способность расплавленного металла и сплава заполнять литейную форму.
Закаливаемость – способность металла и сплава к повышению твердости при закалке (нагрев и быстрое охлаждение).
Физические свойства металлов и сплавов важны для самолетостроения, автомобилестроения, медицины, строительства, изготовления космических аппаратов и являются основными характеристиками, по которым определяют возможность использования того или иного металла или сплава.
Блеск – способность поверхности металла и сплава направленно отражать световой поток.
Плотность – масса единицы объема металла или сплава. Величину, обратную плотности, называют удельным объемом.
Температура плавления – это температура, при которой металл или сплав целиком переходят в жидкое состояние.
Теплопроводность – количество теплоты, проходящее в секунду через сечение в 1 см2, когда на расстоянии в 1 см изменение температуры составляет в 1 °С.
Теплоемкость – количество теплоты, необходимой для повышения температуры тела на 1 °С.
Электрическая проводимость – величина, обратная электрическому сопротивлению. Под удельным электрическим сопротивлением понимают электрическое сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения в 10-6 м2 при пропускании по нему электрического тока.
К магнитным свойствам металлов и сплавов относятся: начальная магнитная проницаемость, максимальная магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, намагниченность насыщения, индукция насыщения, остаточная магнитная индукция, точка Кюри, петля гистерезиса.
При помещении стального образца в магнитное поле возникающая в нем магнитная индукция (b) является функцией напряженности магнитного поля (Нm).
Намагниченность (М) пропорциональна напряженности магнитного поля. Эта величины связаны между собой коэффициентом χm, который называется магнитной восприимчивостью стали или сплава.
Между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля существует аналитическая связь
где μь – магнитная проницаемость вакуума.
Для ферромагнетиков (сплавов, способных намагничиваться до насыщения в малых магнитных полях) b = μНтμв, где μ= 1 + χ – коэффициент магнитной проницаемости.
При намагничивании ферромагнитных материалов (стали, полученные соединением ферромагнетиков с парамагнетиками) намагниченность сначала плавно возрастает, потом резко повышается и постепенно достигает насыщения. При уменьшении напряженности магнитного поля Нт после намагничивания и реверсирования (изменение направления поля) его кривая изменения индукции образует замкнутую петлю. ‘Эта петля называется петлей гистерезиса.
Основными параметрами начальной кривой и петли гистерезиса являются остаточная индукция br, коэрцитивная сила Hc, напряженность насыщающего поля Нн и намагниченность насыщения Мs, По начальной кривой определяется кривая магнитной проницаемости, в которой основными точками являются начальная магнитная проницаемость μ0 и максимальная магнитная проницаемость μmax .
Наибольшее значение индукции на петле гистерезиса называется индукцией насыщения b3 .
Ферромагнетики при нагреве до определенной температуры переходят в парамагнитное состояние (в состояние с малой магнитной восприимчивостью). Эта температура называется точкой Кюри. Точка Кюри определяется в основном химическим составом сплава или стали и не зависит от давлений, напряжений и других факторов.
Все характеристики ферромагнитных материалов можно разделить на структурно-нечувствительные и структурно-чувствительные. К структурно-нечувствительным характеристикам относятся точка Кюри, намагниченность насыщения, зависящие от произвольной намагниченности, к структурно-чувствительным – магнитная проницаемость, остаточная индукция и коэрцитивная сила.
Структурно-нечувствительные характеристики ферромагнитных материалов зависят в основном от химического состава и числа фаз и практически не зависят от кристаллической структуры, размера частиц зерна металла. Следовательно, измерение точки Кюри, намагниченности насыщения и т. д. необходимо для качественного фазового анализа стали и сплава.
Измерение структурно-чувствительных характеристик необходимо при изучении структурных изменений в сплавах и сталях при термической или механической обработке.
Магнитная проницаемость, коэрцитивная сила и остаточная индукция изменяются при обработке сплавов и сталей. Расширение при нагревании изделий из сталей и сплавов – изменение размеров и формы зерен – характеризуется температурными коэффициентами объемного и линейного расширения. Расширение при нагревании в интервале температур фазовых превращений сталей и сплавов характеризуется коэффициентом линейного расширения отдельных фаз. Внутренние (фазовые и структурные) превращения в металлах и сплавах характеризуются изменением объема, линейных размеров и коэффициента расширения. При фазовых превращениях в металлах и сплавах происходит выделение или поглощение скрытой теплоты превращения, изменяется теплоемкость изделия. Поэтому при изменении структуры металла или сплава нагреваемых или охлаждаемых с постоянной скоростью, могут появиться отклонения от нормальной кривизны на кривых изменения температуры по времени. По этим кривым, называемым термическими кривыми, определяют температуру (температурный интервал) превращения.
Физические свойства металлов | Материаловедение
Металлы и сплавы являются основными материалами современного машиностроения. Чтобы правильно выбрать материал для изготовления различных деталей машин и инструментов, необходимо знать свойства металлов. Так, например, для изготовления режущих инструментов требуются прочные, твердые и износоустойчивые металлические материалы.Все свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.
Физические свойства металлов и сплавов определяются цвeтом, удельным весом, плотностью, температурой плавления, тепловым расширением, тепло-и электропроводностью, а также магнитными свойствами.
К химическим свойствам металлов следует отнести их способность. сопротивляться химическому или электрохимическому воздействию различных сред (коррозии) при нормальных и высоких температурах.
Механическими свойствами металлов называется совокупность свойств, характеризующих способность металлических материалов сопротивляться воздействию внешних усилий (нагрузок).
К механическим свойствам металлических материалов относятся: прочность, твердость, пластичность, упругость, вязкость, хрупкость, усталость, ползучесть и износостойкость.
Механические свойства являются основной характеристикой металлов и сплавов, поэтому на заводах созданы специальные лаборатории, где производятся различные испытания с целью определения этих свойств.
Механические испытания можно разделить на:
- статические, при которых нагрузка, действующая на металлический образец или деталь, остается постоянной или возрастает крайне медленно;
- динамические (ударные), при которых нагрузка возрастает быстро и действует в течение незначительного времени;
- испытание при повторных или знакопеременных нагрузка, изменяющихся многократно по величине или по величине и направлению.
Технологические свойства металлов и сплавов характеризуют их способность поддаваться различным методам горячей и холодной обработки. К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свойства, ковкость, свариваемость, Обрабатываемость режущuми инструментами, прокаливаемость.
Физические и химические свойства металлов – Осварке.Нет
В статье подробно рассматриваются физические и химические свойства металлов.
Физические свойства
К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства и др.
Цвет металла
Цветом называют способность металлов отражать световое излучение с определенной длиной волны. Например, медь имеет розово-красный цвет, алюминий – серебристо-белый.
Плотность металла
Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плотности все металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м3) и тяжелые. Плотность имеет большое значение при создании различных изделий. Например, в самолето- и ракетостроении стремятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий.
Температура плавления
Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы (вольфрам 3416°С, тантал 2950°С, титан 1725°С, и др.) и легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). Температура плавления имеет большое значение при выборе металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектрических приборов и других изделий. В единицах СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К).
Теплопроводность
Теплопроводностью называют способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам тела. Серебро, медь, алюминии обладают большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность примерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для деталей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образуются трещины. Некоторые детали машин (поршни двигателей, лопатки турбин) должны быть изготовлены из материалов с хорошей теплопроводностью. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/(м∙К).
Тепловое расширение
Тепловым расширением называют способность металлов увеличиваться в размерах при нагревании и уменьшаться при охлаждении. Тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения α=(l2-l1)/[l1(t2-t1)], где l1 и l2 длины тела при температурах t1 и t2. Коэффициент объемного расширения равен 3α. Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горячей объемной штамповке, изготовлении литейных форм, штампов, прокатных валков, калибров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, укладке железнодорожных рельс.
Теплоемкость
Теплоемкостью называют способность металла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В единицах СИ имеет размерность Дж/К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемкости – количеству тепла, выраженному в больших калориях, которое требуется для повышения температуры 1 кг металла на 1°С (в единицах СИ – Дж/(кг∙К).
Способность проводить электрический ток
Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя взаимно противоположными характеристиками – электропроводностью и электросопротивлением. Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах (См), а удельная электропроводность – в Cм/м, аналогично электросопротивление выражают в омах (Ом), а удельное электросопротивление — в Ом/м. Хорошая электропроводность необходима, например, для токонесущих проводов (медь, алюминий). При изготовлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин). С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением – увеличивается.
Магнитные свойства
Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или магнитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В единицах СИ магнитная постоянная имеет размерность Гн/м. Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, называемые ферромагнитными. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.
Химические свойства
Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Химическое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды называют коррозией.
Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур.
Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.
Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.
Физические , химические, технологические и эксплуатационные свойства металлов и их сплавов – презентация
библиотека
материалов
Содержание слайдов
Номер слайда 1
Физические , химические, технологические и эксплуатационные свойства металлов и их сплавов
Номер слайда 2
Цель урока: Сформировать знания по теме « Свойства металлов и сплавов», необходимые для формирования профессиональных компетенций
Номер слайда 3
Задачи урока: Актуализировать знания по теме «Плавление и кристаллизация металлов». Изучить и закрепить знания по теме « Физические и химические свойства металлов и их сплавов»Формировать умения анализировать изучаемый материал.
Номер слайда 4
Физические свойства. Для металлов наиболее характерны следующие свойства: цвет, плотность, температуру плавления, удельная теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение, удельное электрическое сопротивление (электропроводность), магнитные свойства и др.
Номер слайда 5
Физические свойства. Цветом называют способность металлов отражать световое излучение с определенной длиной волны. Например, медь имеет розово-красный цвет, алюминий — серебристо-белый.
Номер слайда 6
Плотность. Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плотности металлы делятся на следующие группы: Легкие (плотность не более 5 г/см3) – магний, алюминий, титан и др. Тяжелые (плотность от 5 до 10 г/см 3) – железо, никель, медь, цинк, олово и др. Очень тяжелые (плотность более 10 г/см 3) – молибден, вольфрам, золото, свинец и др.
Номер слайда 7
Металл/Плотность г/см3 Магний/1,74 Железо/7,87 Алюминий/2,70 Медь/8,94 Титан/4,50 Серебро/10,50 Цинк/7,14 Свинец/11,34 Олово/7,29 Золото/19,32
Номер слайда 8
Температура плавления. В зависимости от температуры плавления металл подразделяют на следующие группы: Легкоплавкие (температура плавления не превышает 600 o. С) – цинк, олово, свинец, висмут и др.;Среднеплавкие (от 600 o. С до 1600 o. С) – к ним относятся почти половина металлов, в том числе магний, алюминий, железо, никель, медь, золото;Тугоплавкие ( более 1600 o. С) – вольфрам, молибден, титан, хром и др. Ртуть относится к жидкостям. При изготовлении художественных отливок температура плавления металла или сплава определяет выбор плавильного агрегата и огнеупорного формовочного материала. При введении в металл добавок температура плавления, как правило, понижается.
Номер слайда 9
Металл/Темп. плавления o. С /Темп. кипения o. СОлово/232/2600 Серебро/960/2180 Свинец/327/1750 Золото/1063/2660 Цинк/420/907 Медь/1083/2580 Магний/650/1100 Железо/1539/2900 Алюминий/660/2400 Титан/1680/3300
Номер слайда 10
Удельная теплоемкость. Это количество энергии, необходимое для повышения температуры единицы массы на один градус. Удельная теплоемкость уменьшается с увеличением порядкового номера элемента в таблице Менделеева.
Номер слайда 11
Металл/Темп.o. С/Удельная теплоемкость, Дж/кг*o. СМагний 0-100/1,03 225/1,18 Цинк 0/0,35 св.420/0,51 Титан 0-100/0,47 440/0,68 Медь 97,5/0,40 Св.1100/0,55 Олово 0/0,22 240/0,27 Алюминий 0-100/0,87 660/1,29 Золото 0-100/0,12 1100/0,15 Железо 0-100/0,46 1550/1,05 Свинец 0/0,12 300/0,14
Номер слайда 12
Физические свойства. Теплопроводностью называют, способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам тела. Серебро. медь, алюминий обладают большой теплопроводностью.
Номер слайда 13
Железо имеет теплопроводность примерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для деталей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образуются трещины. Некоторые детали машин (поршни двигателей, лопатки турбин) должны быть изготовлены из материалов с хорошей тeплопpoводностью. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/ (м*К).
Номер слайда 14
Коэффициент теплового расширения. Эта величина, характеризующая изменение размеров образца длиной 1 м при нагревании на 1 o. С, имеет важное значение при эмальерных работах.
Номер слайда 15
Тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения α = (l2 –l 1) [l 1 (t 2 – t 1)], где l 1 и l 2 длины тела при температурах t 1 и t 2. Коэффициент объемного расширения равен 3 α. Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горячей объемной штамповке, изготовлении литейных форм, штампов, прокатных валков, калибров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, укладке железнодорожных рельс.
Номер слайда 16
Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя взаимно противоположными характеристиками — электропроводностью и удельным электросопротивлением. Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах (См), а удельное электросопротивление — в Ом/м.
Номер слайда 17
Хорошая электропроводность необходима, например, для токоведущих проводов (медь, алюминий). При изготовлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин). С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением — увеличивается.
Номер слайда 18
Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или магнитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В единицах СИ магнитная постоянная имеет размерность Гн/м. Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, называемые ферромагнитными. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.
Номер слайда 19
Химические свойства
Номер слайда 20
Химические свойства металлов. Химические свойства характеризуют способность металлов взаимодействовать с окружающей средой и сопротивляться действию агрессивной среды :-Стойкость к кислотам;-Стойкость к окислению на воздухе;-Стойкость к окислению в воде и тд.
Номер слайда 21
Химическое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды называют коррозией. Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур.
Номер слайда 22
Химическая стойкость различных металлов неодинакова и определяется положением в электрохимическом ряду напряжения металлов: Li K Rb Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au. Этот ряд характеризует химическую активность металлов только в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в водной среде.
Номер слайда 23
Многие металлы образуют на поверхности оксидную пленку, которая защищает их от дальнейшего окисления.2 Мg + О2 = 2 Мg. О4 Аl + ЗО2 = 2 А12 О3
Номер слайда 24
Взаимодействие с водой. Активные металлы (щелочные металлы) взаимодействуют с водой при обычных условиях с образованием гидроксидов и выделением водорода:2 Nа + 2 Н2 О == 2 Nа. ОН + Н2 Са + 2 Н2 О = Са(ОН)2 + Н22 Аl + 6 Н2 O = 2 Аl(ОН)3 + ЗН2
Номер слайда 25
Творческое задание: Ответь на вопрос : При изготовлении лампы накаливания используют вольфрам. Можно ли заменить вольфрам на свинец или алюминий ?Ответ обоснуй.
Номер слайда 26
Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени. Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.
Номер слайда 27
Технологические свойства. Эти свойства характеризуют способность металлов подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях. Технологические свойства определяют при технологических пробах, которые дают качественную оценку пригодности металлов к тем или иным способам обработки.
Номер слайда 28
Технологические свойства. К основным технологическими свойствам относят: обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, литейные свойства и др.
Номер слайда 29
Эксплуатационные свойства. Эти свойства определяют в зависимости от условий работы машины специальными испытаниями. Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.
Номер слайда 30
Алгоритм выполнения задания:1. Анализ условий работы лампы накаливания, определить наиболее важные свойства для данного изделия (занести в таблицу).2. Найти значения свойств для данных металлов (используя интернет или другие ресурсы).3. Сделать вывод: (можно заменить или нет и почему?){5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Название свойства металла. Вольфрам. Свинец. Алюминий
| Раздел 1. Атомное строение металлов и сплавов | ||||||
| 1.1. | Электронная структура и периодическая система элементов. Силы связи в кристаллах. Ионная связь. Ковалентная связь. Связь Ван-дер-Ваальса. Металлическая связь. Резонансная связь. Кристаллическая структура металлов. Аллотропия. Физические свойства определяемые силами сцепления. Металлическое состояние. Состояние электрона в кристаллической решетке. Статистика электронов проводимости. Модель газа свободных электронов. Плазмоны. Модель почти свободных электронов. Электроны во внешнем поле. Поверхность Ферми. Определение поверхности Ферми. Тепловые свойства. Магнитные свойства. Электрические свойства. Растворимость в твердом состоянии. Типы твердых растворов. Правила Юм-Розери. Значение электронной концентрации. Предел растворимости в твердом состоянии. Размерный фактор. Упругая деформация решетки в твердых растворах. Закон Вегарда. Промежуточные фазы. Фазы Лавеса. | Лекции | 7 | 4 | ПК-1 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 1.2. | Электронная структура и периодическая система элементов. Силы связи в кристаллах. Ионная связь. Ковалентная связь. Связь Ван-дер-Ваальса. Металлическая связь. Резонансная связь. Кристаллическая структура металлов. Аллотропия. Физические свойства определяемые силами сцепления. Металлическое состояние. Состояние электрона в кристаллической решетке. Статистика электронов проводимости. Модель газа свободных электронов. Плазмоны. Модель почти свободных электронов. Электроны во внешнем поле. Поверхность Ферми. Определение поверхности Ферми. Тепловые свойства. Магнитные свойства. Электрические свойства. Растворимость в твердом состоянии. Типы твердых растворов. Правила Юм-Розери. Значение электронной концентрации. Предел растворимости в твердом состоянии. Размерный фактор. Упругая деформация решетки в твердых растворах. Закон Вегарда. Промежуточные фазы. Фазы Лавеса. | Практические | 7 | 4 | ПК-1, ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 1.3. | Просвечивающий электронный микроскоп. Устройство и принцип работы. Электронография. Исследование проводниковых материалов. Исследование свойств магнитных материалов. Сканирующая туннельная микроскопия. | Лабораторные | 7 | 8 | ПК-2 | Л3.1, Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 1.4. | Электронная структура и периодическая система элементов. Силы связи в кристаллах. Ионная связь. Ковалентная связь. Связь Ван-дер-Ваальса. Металлическая связь. Резонансная связь. Кристаллическая структура металлов. Аллотропия. Физические свойства определяемые силами сцепления. Металлическое состояние. Состояние электрона в кристаллической решетке. Статистика электронов проводимости. Модель газа свободных электронов. Плазмоны. Модель почти свободных электронов. Электроны во внешнем поле. Поверхность Ферми. Определение поверхности Ферми. Тепловые свойства. Магнитные свойства. Электрические свойства. Растворимость в твердом состоянии. Типы твердых растворов. Правила Юм-Розери. Значение электронной концентрации. Предел растворимости в твердом состоянии. Размерный фактор. Упругая деформация решетки в твердых растворах. Закон Вегарда. Промежуточные фазы. Фазы Лавеса. | Сам. работа | 7 | 24 | ПК-1, ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| Раздел 2. Дефекты кристаллического строения механические свойства металлов и сплаво | ||||||
| 2.1. | Контур Бюргерса. Типы дислокаций. Движение дислокаций. Закон Кирхгофа для векторов Бюргерса. Энергия дислокации. Дислокации в кристаллах. Геометрия движущихся дислокаций. Кривые напряжение-деформация. Влияние температуры на кривые напряжение –деформация. Деформационное разупрочнение. Теории деформационного упрочнения. Ползучесть металлов. Механические свойства существенно зависящие от температуры. Предел текучести. Деформации, обусловленные когерентным сопряжением решеток. Деформационное упрочнение. Ползучесть. Характер разрушения. Другие прочностные свойства. Приготовление образцов. Оптическая микроскопия. Специальные виды микроскопии. Электронная микроскопия. Приготовление образцов. Рентгеновская микроскопия и микроанализ. | Лекции | 7 | 6 | ПК-1 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 2.2. | Контур Бюргерса. Типы дислокаций. Движение дислокаций. Закон Кирхгофа для векторов Бюргерса. Энергия дислокации. Дислокации в кристаллах. Геометрия движущихся дислокаций. Кривые напряжение-деформация. Влияние температуры на кривые напряжение –деформация. Деформационное разупрочнение. Теории деформационного упрочнения. Ползучесть металлов. Механические свойства существенно зависящие от температуры. Предел текучести. Деформации, обусловленные когерентным сопряжением решеток. Деформационное упрочнение. Ползучесть. Характер разрушения. Другие прочностные свойства. Приготовление образцов. Оптическая микроскопия. Специальные виды микроскопии. Электронная микроскопия. Приготовление образцов. Рентгеновская микроскопия и микроанализ. | Практические | 7 | 2 | ПК-1, ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 2.3. | Методы препарирования объектов для электронной микроскопии. Исследование дефектов тонких металлических пленок Определение твердости материалов | Лабораторные | 7 | 8 | ПК-2 | Л3.1, Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 2.4. | Контур Бюргерса. Типы дислокаций. Движение дислокаций. Закон Кирхгофа для векторов Бюргерса. Энергия дислокации. Дислокации в кристаллах. Геометрия движущихся дислокаций. Кривые напряжение-деформация. Влияние температуры на кривые напряжение –деформация. Деформационное разупрочнение. Теории деформационного упрочнения. Ползучесть металлов. Механические свойства существенно зависящие от температуры. Предел текучести. Деформации, обусловленные когерентным сопряжением решеток. Деформационное упрочнение. Ползучесть. Характер разрушения. Другие прочностные свойства. Приготовление образцов. Оптическая микроскопия. Специальные виды микроскопии. Электронная микроскопия. Приготовление образцов. Рентгеновская микроскопия и микроанализ. | Сам. работа | 7 | 24 | ПК-1, ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| Раздел 3. Фазовые превращения | ||||||
| 3.1. | Построение диаграмм состояния. Диаграмма состояния сплавов, образующих механическую смесь из чистых компонентов (Диаграмма с образованием эвтектики). Правило отрезков. Ликвация. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Неравновесная кристаллизация. Дендритная (внутрикристаллическая) ликвация. Диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (диаграмма состояния с эвтектикой и перитектикой). Диаграмма состояния сплавов, образующих устойчивые химические соединения. Диаграмма состояния сплавов, образующих неустойчивые химические соединения. Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение в твердом состоянии. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения. Эвтектоидное превращение. Понятие о диаграммах состояния тройных систем. Горизонтальные (изотермические) и вертикальные (полиметрические) разрезы диаграмм. Связь между видом диаграммы состояний и свойствами сплавов. Построение кривых ликвидуса и солидуса. Законы диффузии Фика. Решение уравнений диффузии. Коэффициент диффузии. Диффузия в твердых растворах замещения. Диффузия по границам зерен и дислокациям. Гомогенное образование зародышей. Гетерогенное образование зародышей. Атомная кинетика движения межфазной границы. Перераспределение примесей при затвердевании. Процессы роста. Межфазные границы. Процессы зарождения. Образование зародышей в процессах выделения. Рост, контролируемый атомными процессами. На межфазной поверхности раздела. Рост, контролируемый диффузией. Рост пластинчатых агрегатов. Полиморфные превращения. Выделение из пересыщенного твердого раствора. Мартенситные превращения. Чистое железо и его свойства. Модификации. Диаграмма состояния железо-углерод. Фазы, структура и их свойства при комнатной температуре. Критические точки. Процесс кристаллизации типичных сплавов. Влияние углерода на свойства стали. Примеси в стали. Фазовые превращения при нагревании и охлаждении стали: перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит, аустенит. Распад переохлажденного аустенита. Общие сведения о термической обработке: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Изменение структуры и свойств стали под влиянием термической обработки. Виды отжига. Свойства закаленной стали. Особенности мартенситного превращения. Остаточный аустенит в закаленной стали. Превращения в закаленной стали при отпуске: распад мартенсита и остаточного аустенита, снятие внутренних напряжений и карбидное превращение, коагуляция карбидов. Изменение структуры и свойств стали в процессе отпуска. Хрупкость стали. Влияние легирующих элементов на процесс отпуска. | Лекции | 7 | 6 | ПК-1 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 3.2. | Построение диаграмм состояния. Диаграмма состояния сплавов, образующих механическую смесь из чистых компонентов (Диаграмма с образованием эвтектики). Правило отрезков. Ликвация. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Неравновесная кристаллизация. Дендритная (внутрикристаллическая) ликвация. Диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (диаграмма состояния с эвтектикой и перитектикой). Диаграмма состояния сплавов, образующих устойчивые химические соединения. Диаграмма состояния сплавов, образующих неустойчивые химические соединения. Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение в твердом состоянии. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения. Эвтектоидное превращение. Понятие о диаграммах состояния тройных систем. Горизонтальные (изотермические) и вертикальные (полиметрические) разрезы диаграмм. Связь между видом диаграммы состояний и свойствами сплавов. Построение кривых ликвидуса и солидуса. Законы диффузии Фика. Решение уравнений диффузии. Коэффициент диффузии. Диффузия в твердых растворах замещения. Диффузия по границам зерен и дислокациям. Гомогенное образование зародышей. Гетерогенное образование зародышей. Атомная кинетика движения межфазной границы. Перераспределение примесей при затвердевании. Процессы роста. Межфазные границы. Процессы зарождения. Образование зародышей в процессах выделения. Рост, контролируемый атомными процессами. На межфазной поверхности раздела. Рост, контролируемый диффузией. Рост пластинчатых агрегатов. Полиморфные превращения. Выделение из пересыщенного твердого раствора. Мартенситные превращения. Чистое железо и его свойства. Модификации. Диаграмма состояния железо-углерод. Фазы, структура и их свойства при комнатной температуре. Критические точки. Процесс кристаллизации типичных сплавов. Влияние углерода на свойства стали. Примеси в стали. Фазовые превращения при нагревании и охлаждении стали: перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит, аустенит. Распад переохлажденного аустенита. Общие сведения о термической обработке: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Изменение структуры и свойств стали под влиянием термической обработки. Виды отжига. Свойства закаленной стали. Особенности мартенситного превращения. Остаточный аустенит в закаленной стали. Превращения в закаленной стали при отпуске: распад мартенсита и остаточного аустенита, снятие внутренних напряжений и карбидное превращение, коагуляция карбидов. Изменение структуры и свойств стали в процессе отпуска. Хрупкость стали. Влияние легирующих элементов на процесс отпуска. | Практические | 7 | 6 | ПК-1, ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 3.3. | Построение диаграмм состояния. Диаграмма состояния сплавов, образующих механическую смесь из чистых компонентов (Диаграмма с образованием эвтектики). Правило отрезков. Ликвация. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Неравновесная кристаллизация. Дендритная (внутрикристаллическая) ликвация. Диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (диаграмма состояния с эвтектикой и перитектикой). Диаграмма состояния сплавов, образующих устойчивые химические соединения. Диаграмма состояния сплавов, образующих неустойчивые химические соединения. Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение в твердом состоянии. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения. Эвтектоидное превращение. Понятие о диаграммах состояния тройных систем. Горизонтальные (изотермические) и вертикальные (полиметрические) разрезы диаграмм. Связь между видом диаграммы состояний и свойствами сплавов. Построение кривых ликвидуса и солидуса. Законы диффузии Фика. Решение уравнений диффузии. Коэффициент диффузии. Диффузия в твердых растворах замещения. Диффузия по границам зерен и дислокациям. Гомогенное образование зародышей. Гетерогенное образование зародышей. Атомная кинетика движения межфазной границы. Перераспределение примесей при затвердевании. Процессы роста. Межфазные границы. Процессы зарождения. Образование зародышей в процессах выделения. Рост, контролируемый атомными процессами. На межфазной поверхности раздела. Рост, контролируемый диффузией. Рост пластинчатых агрегатов. Полиморфные превращения. Выделение из пересыщенного твердого раствора. Мартенситные превращения. Чистое железо и его свойства. Модификации. Диаграмма состояния железо-углерод. Фазы, структура и их свойства при комнатной температуре. Критические точки. Процесс кристаллизации типичных сплавов. Влияние углерода на свойства стали. Примеси в стали. Фазовые превращения при нагревании и охлаждении стали: перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит, аустенит. Распад переохлажденного аустенита. Общие сведения о термической обработке: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Изменение структуры и свойств стали под влиянием термической обработки. Виды отжига. Свойства закаленной стали. Особенности мартенситного превращения. Остаточный аустенит в закаленной стали. Превращения в закаленной стали при отпуске: распад мартенсита и остаточного аустенита, снятие внутренних напряжений и карбидное превращение, коагуляция карбидов. Изменение структуры и свойств стали в процессе отпуска. Хрупкость стали. Влияние легирующих элементов на процесс отпуска. | Сам. работа | 7 | 18 | ПК-1, ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| Раздел 4. Металлография | ||||||
| 4.1. | Приготовление образцов. Оптическая микроскопия. Специальные виды микроскопии. Электронная микроскопия. Приготовление образцов. Рентгеновская микроскопия и микроанализ. | Лекции | 7 | 2 | ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 4.2. | Приготовление образцов. Оптическая микроскопия. Специальные виды микроскопии. Электронная микроскопия. Приготовление образцов. Рентгеновская микроскопия и микроанализ. | Практические | 7 | 2 | ПК-1, ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 4.3. | Металлографический анализ | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-2 | Л3.1, Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
| 4.4. | Приготовление образцов. Оптическая микроскопия. Специальные виды микроскопии. Электронная микроскопия. Приготовление образцов. Рентгеновская микроскопия и микроанализ. | Сам. работа | 7 | 24 | ПК-1, ПК-2 | Л2.1, Л2.2, Л1.1, Л1.2, Л2.3 |
19. Значение механических и физических свойств при эксплуатации изделий Свойства, как показатели качества материала
19. Значение механических и физических свойств при эксплуатации изделий
Свойства, как показатели качества материала
Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические. К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, теплоемкость, расширяемость при нагревании.
К химическим – окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость. К механическим – прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.
К технологическим – прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием.
Прочностью металла называется его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь. Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела. Упругость – свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызвавших изменение формы (деформацию).
Вязкостью называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость – свойство обратное хрупкости.
Пластичностью называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство обратное упругости.
Современными методами испытания металлов являются механические испытания, химический анализ, спектральный анализ, металлографический и рентгенографический анализы, технологические пробы, дефектоскопия. Эти испытания дают возможность получить представление о природе металлов, их строении, составе и свойствах, а также определить доброкачественность готовых изделий.
Механические испытания имеют важнейшее значение в промышленности.
Детали машин, механизмов и сооружений работают под нагрузками. Нагрузки на детали бывают различных видов: одни детали нагружены постоянно действующей в одном направлении силой, другие подвержены ударам, у третьих силы более или менее часто изменяются по своей величине и направлению.
Некоторые детали машин подвергаются нагрузкам при повышенных температурах, при действии коррозии; такие детали работают в сложных условиях.
В соответствии с этим разработаны различные методы испытаний металлов, с помощью которых определяют механические свойства. Наиболее распространенными испытаниями являются статическое растяжение, динамические испытания и испытания на твердость.
Статическими называются такие испытания, при которых испытуемый металл подвергают воздействию постоянной силы или силы, возрастающей весьма медленно.
Динамическими называют такие испытания, при которых испытуемый металл подвергают воздействию удара или силы, возрастающих весьма быстро.
Кроме того, в ряде случаев производятся испытания на усталость, ползучесть и износ, которые дают более полное представление о свойствах металлов.
Механические свойства – это достаточная прочность. Металлы обладают более высокой прочностью по сравнению с другими материалами, поэтому нагруженные детали машин, механизмов и сооружений обычно изготовляются из металлов.
Для изготовления рессор и пружин применяются специальные стали и сплавы, обладающие высокой упругостью.
Пластичность металлов дает возможность производить их обработку давлением (ковать, прокатывать).
Физические свойства. В авиа-, авто– и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и магния являются здесь особенно полезными.
Удельная прочность для некоторых алюминиевых сплавов выше, чем для мягкой стали. Плавкость используется для получения отливок путем заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы (свинец) применяются в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют низкую температуру плавления, что расплавляются в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки типографских матриц, в приборах, служащих для предохранения от пожаров.
Металлы с высокой электропроводностью используются в электромашиностроении, для устройства линий электропередачи, а сплавы с высоким электросопротивлением для ламп накаливания электронагревательных приборов.
Магнитные свойства металлов играют первостепенную роль в электромашиностроении (электродвигатели, трансформаторы), в электроприборостроении (телефонные и телеграфные аппараты).
Теплопроводность металлов дает возможность производить их равномерный нагрев для обработки давлением, термической обработки; она обеспечивает возможность пайки металлов, их сварки.
Химические свойства. Коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в сильно окисленных средах (колосниковые решетки, детали машин химической промышленности). Для достижения высокой коррозионной стойкости производят специальные нержавеющие, кислотостойкие и жаропрочные стали, а также применяют защитные покрытия для изделий.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРесПрезентация на урок “Физические свойства металлов и сплавов”
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Саратовской области Петровский агропромышленный лицей
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Физические свойства металлов и сплавов
К физическим свойствам металлов и сплавов
относятся цвет, плотность (удельный вес), плавкость,
тепловое расширение, теплопроводность,
теплоемкость, электропроводность и способность их
намагничиваться. Эти свойства называют
физическими потому, что обнаруживаются в явлениях,
которые не сопровождаются изменением
химического состава вещества, т. е. металлы и сплавы
остаются неизмененными по составу при нагревании,
прохождении через них тока, тепла, а также при их
намагничивании и плавлении. Многие из указанных
физических свойств имеют установленные единицы
измерения, по которым судят о свойствах металла.
Цвет
Металлы и сплавы не прозрачны . Даже тонкие
слои металлов и сплавов не способны пропускать
лучи, но они имеют в отраженном свете внешний
блеск, причем каждый из металлов и сплавов
имеет свой особый оттенок блеска или, как
говорят, цвет. Например, медь имеет розово-
красный цвет, цинк — серый, олово — блестяще-
белый и т. д.
Удельный вес
Удельный вес—это вес 1 см 3 металла, сплава или
любого другого вещества в граммах. Например,
удельный вес чистого железа равен 7,88 г/см 3 .
Плавление
Плавление — способность металлов и сплавов
переходить из твердого состояния в жидкое,
характеризуется температурой плавления.
Металлы, имеющие высокую температуру
плавления, называют тугоплавкими (вольфрам,
платина, хром и т.д.). Металлы, имеющие низкую
температуру плавления, называют легкоплавкими
(олово, свинец и т.д.).
Тепловое расширение
Тепловое расширение — свойство металлов и
сплавов увеличиваться в объеме при нагревании,
характеризуется коэффициентами линейного и
объемного расширения. Коэффициент линейного
расширения — отношение приращения длины
образца металла при нагревании на 1° к
первоначальной длине образца. Коэффициент
объемного расширения — отношение приращения
объема металла при нагревании на 1° к
первоначальному объему.
Объемный коэффициент принимают равным
утроенному коэффициенту линейного расширения.
Различные металлы имеют различные
коэффициенты линейного расширения. Например,
коэффициент линейного расширения стали
равен 0,000012 , меди — 0,000017 , алюминия—
0,000023 . Зная коэффициент линейного
расширения металла, можно определить его
величину удлинения: определим, насколько
удлинится стальной трубопровод длиной 5000
м при его нагреве до 20°С :
5000·0,000012·20 = 1,2 м
Теплопроводность
Теплопроводность —способность металлов и
сплавов проводить тепло. Чем больше
теплопроводность, тем быстрее тепло
распространяется по металлу или сплаву при
нагревании. При охлаждении металлы и сплавы,
обладающие большой теплопроводностью,
быстрее отдают тепло. Теплопроводность красной
меди в 6 раз выше теплопроводности железа. При
сварке металлов и сплавов, имеющих большую
теплопроводность, требуется предварительный, а
иногда и сопутствующий подогрев.
Теплоемкость
Теплоемкость — количество тепла, потребное для
нагревания единицы веса на 1° . Удельная
теплоемкость — количество тепла
в ккал (килокалориях), необходимое для нагрева 1
кг вещества на 1° . Низкую удельную теплоемкость
имеют платина и свинец. Удельная теплоемкость
стали и чугуна примерно в 4 раза выше удельной
теплоемкости свинца.
Электропроводность
Электропроводность — способность металлов и
сплавов проводить электрический ток. Хорошей
электропроводностью обладают медь, алюминий
и их сплавы.
Магнитные свойства
Магнитные свойства — способность металлов
намагничиваться, которые проявляются в том, что
намагниченный металл притягивает к себе
металлы, обладающие магнитными свойствами.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!
Обзор физических свойств металлов
Физические свойства – важный способ отличить один материал от другого. При изучении и применении металлургии физические свойства часто считаются более широкой категорией, чем механические свойства, но не все свойства совпадают. Физические свойства легче всего отличить от механических с помощью метода испытаний. В то время как механические свойства требуют приложения сил для измерения, физические свойства можно измерить без изменения материала.
При этом физические свойства меняются в разных средах. Например, большинство металлов имеют более высокую плотность при более низких температурах из-за принципов теплового расширения и сжатия . Цвет и внешний вид, которые также являются физическими свойствами, меняются в зависимости от ряда факторов окружающей среды.
Чтобы узнать больше о механических свойствах металлов, ознакомьтесь с нашим сообщением в блоге здесь.
Физические свойства металлов включают:
- Коррозионная стойкость
- Плотность
- Температура плавления
- Тепловые свойства
- Теплоемкость
- Теплопроводность
- Тепловое расширение
- Электропроводность
- Магнитные свойства
Что такое сплав?
Слово сплав встречается в блоге Eagle Group, особенно здесь, в этой серии.Сплав – это однородная смесь, состоящая из комбинации отдельных элементов, когда хотя бы один из элементов является металлом. Обычные сплавы включают бронзу, которая представляет собой смесь меди (Cu) и олова (Se). Сталь представляет собой смесь железа (Fe) и углерода (C), а нержавеющая сталь включает другие легирующие агенты, такие как хром (Cr), никель (Ni) и марганец (Mn).
Коррозионная стойкость
Возможны многие виды коррозии. Коррозия – это процесс, при котором материал восстанавливается до более стабильного состояния в результате химической реакции, часто связанной с атмосферой или условиями эксплуатации.Ржавчина, часто встречающаяся на незащищенных изделиях из черных металлов, является одной из самых распространенных форм коррозии.
Коррозионная стойкость , с другой стороны, – это способность материала противостоять реакции перехода к более стабильному состоянию в окружающей среде.
Сырой алюминий, кремний, титан и их сплавы обладают естественной устойчивостью к коррозии из-за того, что на их поверхности быстро образуется инертный слой. Обычным сплавом для многих областей применения, требующих стойкости к коррозии, является нержавеющая сталь.В отличие от углеродистой стали, сплавы нержавеющей стали способны противостоять поверхностной коррозии при воздействии сред, которые обычно вызывают коррозию, включая влажную, кислотную или высокую температуру.
Щелкните здесь, чтобы прочитать сообщение в нашем блоге «Устойчивость к коррозии»
Плотность
Плотность объекта определяется по простой формуле: масса объекта (M) делится на его объем (V). Сначала практическое применение плотности заключалось в определении подлинности золота, как в истории с золотой короной.Золото – отличный кандидат для проверки плотности, потому что это гораздо более плотный материал, чем другие металлы, со средней плотностью 1206 фунтов. на кубический фут.
Сплавы, которые чаще используются в производстве, имеют более низкую плотность. Сталь в среднем составляет около 494 фунтов на кубический фут, в то время как нержавеющая сталь немного меньше. Плотность титана составляет примерно половину плотности стали, а алюминия – примерно одну треть. На практике это означает, что деталь из стали будет весить примерно в три раза больше, чем точно такая же деталь из алюминия.Однако сталь имеет другие преимущества, такие как твердость и прочность, и поэтому меньшие объемы или толщина материала могут обеспечить такие же или более высокие характеристики относительно.
Eagle Alloy и Eagle Precision часто производят сложные тонкостенные отливки из различных сплавов углеродистой и нержавеющей стали. Сплав влияет на дизайн, производственный процесс и методы отделки, используемые для изготовления каждой литой детали.
Точка плавления
Точка плавления материала определяется как температура, при которой он переходит из твердого состояния в жидкое при атмосферном давлении .Температура плавления может быть основным фактором при принятии решения о том, можно ли использовать сплав для конкретного продукта. Различные сплавы имеют разные диапазоны температур плавления, что определяется элементами их химического состава. Например, сплав с высоким процентным содержанием олова или алюминия будет плавиться при гораздо более низкой температуре, чем сплав, состоящий в основном из железа и никеля.
Температура плавления – важный фактор для производителей металла. Многие литейные предприятия используют методы литья в песчаные формы, такие как литье в форме с воздушной прослойкой или литье в оболочку, потому что неметаллические формы могут выдерживать более высокие температуры, необходимые для плавления стали.С другой стороны, алюминий можно отливать с использованием стальных форм многократного использования, поскольку он имеет гораздо более низкую температуру плавления, чем сталь.
Тепловые свойства
Тепловые свойства включают теплоемкость, теплопроводность и тепловое расширение. При производстве все три свойства являются важными факторами при выборе правильного сплава.
- Теплоемкость , также известная как удельная теплоемкость , представляет собой количество энергии, необходимое для изменения температуры материала, и является ключевым компонентом прогнозирования затвердевания отливки.
- Теплопроводность определяется как скорость, с которой тепло может переноситься через материал, и у металлов есть одна общая черта – высокая теплопроводность. Электропроводность – это другое свойство, но оно пропорционально коррелирует с теплопроводностью. Такие металлы, как медь и золото, которые известны как хорошие электрические проводники, также являются хорошими проводниками тепла.
- Термическое расширение относится к тому, как металлы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении.Это свойство особенно важно при проектировании оснастки для литья металлов. Шаблоны и формы должны быть больше конечной детали, чтобы учесть усадку во время охлаждения.
Магнитные свойства
Магнитные свойства относятся к , как материал реагирует на приложенное внешнее магнитное поле . Этот магнитный отклик можно разделить на диамагнитный, парамагнитный, ферромагнитный, антиферромагнитный или ферримагнитный.
- Диамагнетик – отталкивается магнитными полями
- Парамагнитный – не показывает магнитного порядка
- Ферромагнетик – самый сильный тип магнетизма
- Антиферромагнетик – может существовать при достаточно низких температурах, но исчезает при температуре Нееля / выше
- Ферримагнетик – слабая форма ферромагнетизма
Железо – один из самых магнитных металлов, поэтому черные металлы (металлы, содержащие железо), такие как сталь, также обладают степенью магнетизма, а именно ферромагнетизмом .
Хотя приведенные выше свойства ни в коем случае не являются исчерпывающими, они представляют многие из наиболее важных свойств, используемых при выборе материала для литья металла или обработки с ЧПУ. В Eagle Group наши специалисты в области металлургии обладают опытом, чтобы оценить потребности продукта и, основываясь на мнениях клиентов, в конечном итоге предложить оптимальный сплав для работы. Мы также применяем исчерпывающий процесс APQP для всех новых проектов, который позволяет нам устанавливать точные параметры на протяжении всего производственного процесса, что приводит к лучшему качеству отливки.
Чтобы узнать больше о процессах литья и обработки металлов, загрузите нашу бесплатную электронную книгу ниже:
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Свойства металлов | Хорошая наука
Цель обучения
В этом уроке мы узнаем о различных физических свойствах металлов и некоторых из множества применений, для которых они подходят.
Результаты обучения
По окончании этого урока вы сможете:
- Опишите физические свойства, общие для всех металлов: блеск, электропроводность, теплопроводность, пластичность и пластичность.
- Опишите физические свойства, которые различаются для разных металлов: температура плавления, твердость, прочность и плотность.
- Опишите расположение атомов в металлах и объясните, как это объясняет их физические свойства.
- Приведите примеры использования металлов, в которых используются их уникальные свойства.
- Опишите сплавы и приведите примеры того, как их превосходные свойства делают их более подходящими в определенных ситуациях.
(Изображение: Pexels, Pixabay)
Краткое содержание урока
- Металлы – это большая группа элементов с общим атомным расположением и схожими свойствами.
- Металлические структуры состоят из решеток ионов металлов, окруженных делокализованными электронами.
- Эти структуры скреплены прочными металлическими связями.
- Общие физические свойства всех металлов включают:
- Металлический блеск – зеркальный блеск после резки или полировки.
- Ковкость – способность сгибаться в разные формы.
- Дуктильность – способность втягиваться в проволоку.
- Электропроводность – способность проводить электрический заряд.
- Теплопроводность – способность передавать тепло.
- Другие свойства, общие для большинства металлов, включают:
- Сплавы – это смеси, содержащие металл и один или несколько других элементов.
- Сплавы замещения – это сплавы, в которых атомы в металлической решетке заменены другими атомами.
- Сплавы внедрения – это сплавы, в которых дополнительные атомы занимают пространство внутри металлической решетки.
- Сплавы – это металлические конструкции с улучшенными свойствами по сравнению с их компонентами.
(Изображение: TheDigitalArtist, Pixabay)
Щелкните изображение, чтобы просмотреть таблицу для этого урока.
Щелкните изображение, чтобы просмотреть Учебное пособие по химии за 10 год (версия PDF).
Щелкните изображение, чтобы просмотреть Учебное пособие по химии за 10 год (версия для печати).
Щелкните изображение, чтобы просмотреть заметки об уроке химии 10-го класса.
Металлы, сплавы и соединения металлов – Science Learning Hub
От титановых имплантатов до новых сверхпроводящих сплавов и полезных соединений металлов – мы все больше зависим от металлов. Без металлов современная цивилизация буквально рухнет. Около 80% известных химических элементов – металлы.
Физические свойства металлов
Металлы обладают свойствами, подходящими для широкого круга применений.Они обычно блестящие, большинство из них податливы, пластичны, плотны, имеют очень хорошие электрические проводники и имеют высокие температуры плавления. Ковкость – это способность материала деформироваться при сжатии – золото очень пластично, и его можно превратить в очень тонкий лист.
Кристаллическая структура металлов
Когда мы смотрим на поверхность металла, часто можно увидеть кристаллы. Кристаллы отражают симметричное расположение положительных ионов металлов в основной структуре, которую мы не видим.
Положительные ионы в металле плотно упакованы, так что промежутки между ними сведены к минимуму. Когда атомы металла упаковываются вместе, образуя кристалл, они могут быть:
- гексагональной плотноупакованной
- гранецентрированной кубической
- объемноцентрированной кубической.
Когда расплавленный металл охлаждается, атомы металла осаждаются в кристаллическую решетку. При наличии достаточного времени и идеальных условий кристаллическая решетка может вырасти до очень больших размеров с идеальной внутренней кристаллической структурой.Идеальные условия встречаются редко, и реальность такова, что почти каждый твердый металл существует в виде нагромождения кристаллов разных размеров. Каждый отдельный кристалл в теле называется зерном. Эти зерна представляют собой кристаллические структуры с множеством дефектов, искажающих кристаллическую решетку.
Что такое сплавы?
Смеси металлов, называемые сплавами, используются чаще, чем чистый металл. Путем легирования можно улучшить некоторые важные свойства металлов.
- Припой, который используется в электронной промышленности, представляет собой смесь олова и свинца.Один тип припоя (63% олова и 37% свинца) имеет более низкую температуру плавления, но тверже, чем любой из металлов. Эти свойства позволяют успешно его использовать.
- Амальгама – это сплав на основе ртути. Стоматологическая амальгама – это сплав ртути, серебра, олова, меди и цинка. Он износостойкий, устойчивый к коррозии и обладает высокой ударной вязкостью.
- Титановый сплав, известный как Ti6Al4V, используется в аэрокосмической промышленности. Он легкий, очень прочный и обладает высокими антикоррозийными свойствами.
Исследовательская работа профессора Делиана Чжана в Университете Вайкато сосредоточена на дешевых порошках титановых сплавов.
Соединения металлов
Большинство металлов не встречаются в естественном состоянии. Они часто встречаются в виде таких соединений, как оксиды, сульфиды и галогениды металлов.
- Оксид алюминия – это основное соединение металла, присутствующее в руде, известное как боксит.
- Железный колчедан или «золото дураков» в основном представляет собой сульфид железа.
- Соляной завод на озере Грассмер в Мальборо производит металлическое соединение, известное как хлорид натрия, из «соленой» морской воды.
Металлы можно производить (выплавлять) из руд различными способами:
- Алюминий получают из руды (боксита) путем пропускания очень большого электрического тока через расплавленную смесь руды и соединения, называемого криолитом. .
- Титан в основном производится из руды (рутила) с помощью процесса Кролла, при котором руда обрабатывается газообразным хлором с последующей реакцией с металлическим магнием.
Жестяная банка? Жестяная крыша? Фольга?
Сегодня олово редко используется в консервной промышленности в качестве кровельного материала или фольги для жарки – его заменили более дешевые материалы.
Олово – важный легирующий металл. Припой, бронза и стоматологическая амальгама содержат олово, а провода, используемые в сверхпроводящих магнитах, используемых в приборах ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и сканерах магнитно-резонансной томографии (МРТ), изготовлены из сплава олова и ниобия.
Олово переходит из своего обычного повседневного состояния, известного как «белое олово», в мягкое порошкообразное состояние, называемое «серым оловом», при воздействии температур ниже 0 ° C в течение определенного периода времени. Эти различные формы олова известны как аллотропы.
В большинстве крупных соборов есть впечатляющие музыкальные органы, трубы которых сделаны из сплава олова и свинца. Если в зимние месяцы температура воздуха в соборе опускается ниже нуля на длительное время, трубы могут страдать от «оловянной болезни». Трубы покрыты порошкообразным серым веществом и теряют свои тональные качества.
Одна из причин, по которым армия Наполеона не смогла победить русскую армию зимой 1812 года, заключалась в том, что оловянные пуговицы на туниках французских солдат страдали «оловянной болезнью».В конце концов пуговицы превратились в порошок, и без пуговиц солдатские туники упали, и они замерзли!
Идея упражнения
В упражнении «Изготовление модельных сплавов» учащиеся используют пластилин и песок, чтобы изучить, как добавление других элементов может изменить пластичность металла.
Свойства, состав и производство металлических сплавов
Сплавы – это металлические соединения, состоящие из одного металла и одного или нескольких металлических или неметаллических элементов.
Примеры распространенных сплавов:
- Сталь: комбинация железа (металла) и углерода (неметалла)
- Бронза: Сочетание меди (металла) и олова (металла)
- Латунь: Смесь меди (металл) и цинка (металл)
Недвижимость
Отдельные чистые металлы могут обладать такими полезными свойствами, как хорошая электропроводность, высокая прочность и твердость, или термостойкость и коррозионная стойкость.Коммерческие металлические сплавы пытаются объединить эти полезные свойства, чтобы создать металлы, более пригодные для конкретных применений, чем любой из их составляющих элементов.
Сталь, например, требует правильного сочетания углерода и железа (около 99% железа и 1% углерода), чтобы производить металл, который прочнее, легче и удобнее в обработке, чем чистое железо.
Точные свойства новых сплавов трудно рассчитать, потому что элементы не просто объединяются, чтобы стать суммой частей.Они образуются в результате химического взаимодействия, которое зависит от составных частей и конкретных методов производства. В результате при разработке новых металлических сплавов требуется много испытаний.
Температура плавления является ключевым фактором при легировании металлов. Галинстан, легкоплавкий сплав, содержащий галлий, олово и индий, является жидким при температурах выше 2,2 ° F (-19 ° C), что означает, что его температура плавления на 122 ° F (50 ° C) ниже, чем у чистого галлия, и более На 212 ° F (100 ° C) ниже индия и олова.
Galinstan® и Wood’s Metal являются примерами эвтектических сплавов – сплавов, имеющих самую низкую температуру плавления среди всех комбинаций сплавов, содержащих те же элементы.
Композиция
Тысячи составов сплавов находятся в регулярном производстве, и каждый год разрабатываются новые составы.
Принятые стандартные композиции включают уровни чистоты составляющих элементов (в зависимости от массового содержания). Состав, а также механические и физические свойства обычных сплавов стандартизированы международными организациями, такими как Международная организация по стандартизации (ISO), SAE International и ASTM International.
Производство
Некоторые металлические сплавы встречаются в природе и требуют небольшой обработки для превращения в материалы промышленного качества. Ферросплавы, такие как феррохром и ферросилиний, например, производятся путем плавки смешанных руд и используются в производстве различных сталей. Однако было бы ошибкой думать, что легирование металлов – это простой процесс. Например, если бы кто-то просто смешал расплавленный алюминий с расплавленным свинцом, они бы обнаружили, что они разделятся на слои, как масло и вода.
Коммерческие и торговые сплавы обычно требуют более тщательной обработки и чаще всего образуются путем смешивания расплавленных металлов в контролируемой среде. Процедура объединения расплавленных металлов или смешивания металлов с неметаллами сильно различается в зависимости от свойств используемых элементов.
Поскольку металлические элементы обладают большими различиями в устойчивости к теплу и газам, такие факторы, как температура плавления компонентов металлов, уровни примесей, среда смешения и процедура легирования, являются центральными факторами для успешного процесса сплавления.
В то время как такие элементы, как тугоплавкие металлы, стабильны при высоких температурах, другие начинают взаимодействовать с окружающей средой, что может повлиять на уровень чистоты и, в конечном итоге, на качество сплава. Часто в таких случаях необходимо приготовить промежуточные сплавы, чтобы убедить элементы объединиться.
Например, сплав, состоящий из 95,5% алюминия и 4,5% меди, получают путем приготовления 50% смеси двух элементов. Эта смесь имеет более низкую температуру плавления, чем чистый алюминий или чистая медь, и действует как «отвердитель».«Затем он вводится в расплавленный алюминий с такой скоростью, которая позволяет получить правильную смесь сплавов.
Источники: Street, Arthur. & Александр, В. О. 1944. Металлы на службе у человека . 11-е издание (1998 г.).
| Классы материалов Металлы
Какова их структура? Как и все элементы, металлы состоят из атомов. Разберемся, что за каждое свойство сообщает нам на атомарном уровне:
Разумной моделью была бы модель, в которой атомы удерживаются вместе прочными, но делокализованными связями. Пожалуйста, посмотрите металлический склеивание.
|
металлургия | Определение и история
Использование металлов в настоящее время является кульминацией долгого пути развития, продолжающегося примерно 6 500 лет.Принято считать, что первыми известными металлами были золото, серебро и медь, которые находились в самородном или металлическом состоянии, причем самыми ранними из них, по всей вероятности, были самородки золота, найденные в песках и гравии русел рек. Такие самородные металлы стали известны и ценились за их декоративные и утилитарные ценности во второй половине каменного века.
Самая ранняя разработка
Золото можно агломерировать в более крупные куски холодным молотком, а самородная медь – нет, и важным шагом к эпохе металлов стало открытие, что металлам, таким как медь, можно придавать форму путем плавления и литья в формах; Среди самых ранних известных изделий этого типа – медные топоры, отлитые на Балканах в IV тысячелетии до нашей эры.Следующим шагом стало открытие возможности извлечения металлов из металлосодержащих минералов. Они были собраны, и их можно было отличить по цвету, текстуре, весу, цвету пламени и запаху при нагревании. Заметно больший выход, полученный при нагревании самородной меди с соответствующими оксидными минералами, мог привести к процессу плавки, поскольку эти оксиды легко восстанавливаются до металла в угольном слое при температурах выше 700 ° C (1300 ° F) в качестве восстановителя. , окись углерода, становится все более стабильной.Чтобы осуществить агломерацию и отделение расплавленной или плавленной меди от связанных с ней минералов, необходимо было ввести оксид железа в качестве флюса. Этот дальнейший шаг вперед можно объяснить присутствием госсановых минералов оксида железа в выветрившихся верхних зонах месторождений сульфида меди.
Во многих регионах медно-мышьяковые сплавы, превосходящие медь по свойствам как в литой, так и в деформируемой форме, были произведены в следующий период. Сначала это могло быть случайным из-за сходства цвета и цвета пламени между ярко-зеленым минералом карбоната меди малахитом и продуктами выветривания таких минералов сульфида меди и мышьяка, как энаргит, и, возможно, позже за этим последовал целенаправленный отбор. соединений мышьяка из-за запаха чеснока при нагревании.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасСодержание мышьяка варьировалось от 1 до 7 процентов, с оловом до 3 процентов. Медные сплавы, практически не содержащие мышьяка, с более высоким содержанием олова – другими словами, настоящая бронза – появились между 3000 и 2500 годами до нашей эры, начиная с дельты Тигра и Евфрата. Ценность олова могла быть открыта благодаря использованию станнита, смешанного сульфида меди, железа и олова, хотя этот минерал не так широко доступен, как основной минерал олова, касситерит, который, должно быть, был конечным источником металла.Касситерит поразительно плотный и встречается в виде гальки в аллювиальных отложениях вместе с арсенопиритом и золотом; в определенной степени это также встречается в упомянутых выше госсанах из оксида железа.
Несмотря на то, что бронза могла развиваться независимо в разных местах, наиболее вероятно, что культура бронзы распространилась через торговлю и миграцию народов с Ближнего Востока в Египет, Европу и, возможно, Китай. Во многих цивилизациях производство меди, мышьяковистой меди и оловянной бронзы продолжалось некоторое время вместе.Возможное исчезновение медно-мышьяковых сплавов трудно объяснить. Производство могло быть основано на минералах, которые не были широко доступны и стали дефицитными, но относительный дефицит оловянных минералов не препятствовал существенной торговле этим металлом на значительных расстояниях. Возможно, что в конечном итоге предпочтение было отдано оловянной бронзе из-за вероятности отравления мышьяком от паров, образующихся при окислении минералов, содержащих мышьяк.
По мере того, как выветрившиеся медные руды в данных местах разрабатывались, более твердые сульфидные руды под ними добывались и плавились.Используемые минералы, такие как халькопирит, сульфид меди и железа, нуждались в окислительном обжиге для удаления серы в виде диоксида серы и получения оксида меди. Это потребовало не только более высокого металлургического мастерства, но и окисления тесно связанного железа, что в сочетании с использованием флюсов оксида железа и более жесткими восстановительными условиями, создаваемыми улучшенными плавильными печами, привело к более высокому содержанию железа в бронзе.
Невозможно провести резкое разделение между бронзовым и железным веками.Небольшие куски железа могли быть произведены в медеплавильных печах, поскольку использовались флюсы оксида железа и железосодержащие сульфидные руды меди. Кроме того, более высокие температуры печи создали бы более сильные восстановительные условия (то есть более высокое содержание монооксида углерода в топочных газах). Первый кусок железа, найденный на железнодорожных путях в провинции Дренте, Нидерланды, был датирован 1350 годом до н. Э., Датой, обычно считающейся средним бронзовым веком для этой местности. С другой стороны, в Анатолии железо использовалось еще в 2000 году до нашей эры.Есть также случайные упоминания о железе и в более ранние периоды, но этот материал имел метеоритное происхождение.
После того, как была установлена связь между новым металлом, обнаруженным в медных расплавах, и рудой, добавленной в качестве флюса, естественно последовала работа печей для производства одного железа. Конечно, к 1400 г. до н. Э. В Анатолии железо приобрело большое значение, а к 1200–1000 гг. До н. Э. Оно в довольно больших масштабах превращалось в оружие, первоначально лезвия кинжалов.По этой причине 1200 г. до н.э. был принят за начало железного века. Свидетельства раскопок указывают на то, что искусство производства железа зародилось в горной стране к югу от Черного моря, в районе, где преобладали хетты. Позже это искусство, по-видимому, распространилось среди филистимлян, поскольку в Гераре были обнаружены неочищенные печи, датируемые 1200 годом до н. Э., А также ряд железных предметов.
Плавка оксида железа с древесным углем требовала высокой температуры, и, поскольку температура плавления железа 1540 ° C (2800 ° F) была недостижима в то время, продукт представлял собой просто губчатую массу пастообразных шариков металла, смешанных с полужидкий шлак.Этот продукт, позже известный как блюм, вряд ли можно было использовать в том виде, в каком он стоял, но повторный нагрев и обработка горячим молотком удалили большую часть шлака, создав кованое железо, гораздо более качественный продукт.
На свойства железа сильно влияет присутствие небольшого количества углерода, при этом значительное увеличение прочности связано с содержанием менее 0,5%. При достижимых в то время температурах – около 1200 ° C (2200 ° F) – при восстановлении древесным углем получалось почти чистое железо, которое было мягким и имело ограниченное применение в оружии и инструментах, но когда соотношение топлива к руде было увеличено и вытяжка печи усовершенствованный с изобретением более совершенного сильфона, железо поглотило больше углерода.Это привело к появлению блюмов и продуктов из железа с различным содержанием углерода, что затруднило определение периода, в течение которого железо могло быть намеренно упрочнено за счет науглероживания или повторного нагрева металла в контакте с избытком древесного угля.
Углеродсодержащее железо имело еще одно большое преимущество, заключающееся в том, что, в отличие от бронзы и безуглеродистого железа, его можно было сделать еще более твердым путем закалки, то есть быстрого охлаждения путем погружения в воду. Нет никаких доказательств использования этого процесса закалки в раннем железном веке, так что он, должно быть, был либо неизвестен тогда, либо не считался выгодным, поскольку закалка делает железо очень хрупким и должно сопровождаться отпуском или повторным нагревом в более низкая температура для восстановления прочности.