Металлы - самые разнообразные химические элементы на нашей планете. Кроме того, металлы это основной материал для промышленного производства. Поэтому инженерно-техническому работнику крайне важно иметь общие представления об основных свойствах и изучать их более углубленно.
Что такое сплавы металлов
В природе редко встречаются какие-либо вещества в чистом виде и металлы не исключение. Они существуют в составе химических соединений образующих руды. Из неё путём промышленного воздействия извлекают металлы: дроблением, сепарацией, выплавкой и т.д.
Основному металлу - железу, отводится особая роль. Он входит в состав двух, самых популярных сплавов в промышленности: чугуны и стали. И чугун и сталь - сплав железа с углеродом, только если в сталях доля углерода не более 2,14%, то всё что превышает это значение является чугуном. На самом деле, конечно же ,помимо самого железа и углерода в этих сплавах присутствуют и другие элементы, которые влияют на физические и химические свойства, и образуют множество марок сталей и чугунов. Далее полученные материалы перерабатываются для сортового проката в виде рельсов, полос, уголков, листов, балок и т.д. Соответственно, выпуском чугуна и сталей занимается чёрная металлургия, а производством цветных металлов - цветная металлургия.
Почему металлы твердые
На самом деле твёрдая форма металлов - это просто привычная нам форма вещества, которая на самом деле, зависит от внешних факторов. Например, при высокой температуре металлы переходят в жидкое состояние, но при "нормальной" температуре - "держат форму". Происходит это благодаря тому, что металлы имеют кристаллическое строение. Атомы металла в твёрдом состоянии расположены упорядоченно и образуют кристаллические решетки. Они бывают разных типов, но основные это: объёмно-центрированная, гранецентрированная, гексагональная
Узлы кристаллической решетки есть атомы металла. При "нормальной" температуре они действительно распределены равномерно и представляют из себя равномерную решетку с металлической (электро-статической) связью между атомами. Именно эта связь обеспечивает характерную для металлов пластичность, помогающую в обработке. Однако при нагревании, микроструктура решеток начинает меняться. Нет больше такой строго выверенной решетки и расположение атомов больше напоминают сладкое драже, насыпанное в миску. Ну а та самая металлическая связь, напоминающая мостики между шариками - ослабевает.
Состояние одного и того же металла в разных формах называется полиморфизм. Переход из одного фазового состояния (твердое и жидкое например), происходит в результате прохождения критической точки - температуры плавления (или кристаллизации). Процесс кристаллизации начинается неравномерно: сначала упорядочивается структура в отдельных областях (чаще всего в тех, где более низкая температура, например на границе с воздухом), решетка переходит в правильное состояние и по цепочке к ней начинают "прирастать" другие части решетки. Такие области с которых всё начинается называются центрами кристаллизации. Подробнее о них будет написана отдельная статья.
Свойства металлов и сплавов
Все металлы и сплавы обладают свойствами, которые подразделяют на:
- механические свойства;
- физические свойства;
- химические свойства;
- технологические свойства;
- эксплуатационные свойства;
Механические свойства
- прочность;
- пластичность;
- твёрдость;
- ударная вязкость;
Прочность - способность твердого тела сопротивляться деформациям и разрушению при воздействии внешних сил.
Пластичность - способность материала изменять форму и размер без разрушения.
Твёрдость - способность материала сопротивляться внедрению а него другого тела.
Ударная вязкость - способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.
Физические свойства металлов и сплавов
- Температура плавления;
- Плотность;
- Температурный коэффициент;
- Электросопротивление;
- Теплопроводность;
Физические свойства металлов и сплавов зависят от их состава и структуры.
Химические свойства металлов и сплавов
К химическим свойствам относится способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами.
Технологические свойства металлов и сплавов
К технологическим свойствам относится способность материала подвергаться различным методам обработки.
- Литейные свойства определяются жидкотекучестью и усадкой;
- Деформируемость - способность принимать форму под нагрузкой без разрушения;
- Свариваемость - способность образования сварного соединения;
- Обрабатываемость режущим инструментом.
Эксплуатационные свойства металлов и сплавов
Эксплуатационные свойства металлов и сплавов определяются условиями работы тех деталей и конструкций, которые изготовлены из этих материалов.
Коррозионная стойкость - сопротивление действию агрессивной среды;
Хладостойкость - сохранение свойств пластичности при отрицательных температурах;
Жаропрочность - способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах;
Антифрикционность - способность материалов снижать коэффициент трения.
Еще больше полезной информации можно почерпнуть в нашем телеграм и youtube канале:
https://t.me/hsitg
Кроме того, рекомендую так же ознакомиться с данным видео на подобную тематику: