Общая характеристика металлов и сплавов. Неметаллические материалы

Металлы и их сплавы повсеместно используются для изготовления конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д. Несмотря на широкий круг искусственно созданных материалов (керамики, полимеров), металлы служат основным конструкционным материалом, и в обозримом будущем по-прежнему будут доминировать.Масса наибольшего самородка меди составляет 420 т, серебра — 13,5 т, золота — 112 кг. Из 111 открытых элементов, представленных в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева, 76 являются металлами, Si, Ge, As, Se, Te — промежуточными между металлами и неметаллами, иногда их называют полуметаллами. Все элементы, расположенные левее воображаемой линии, проведенной от бора до астата (от № 5 до № 85) относятся к металлам, а правее — в основном, к неметаллам. Эта граница недостаточно четко выражена, так как среди элементов, расположенных вблизи границы, находятся и полуметаллы.

Металлические материалы обычно делятся на две большие группы: железо и сплавы железа (сталь и чугун) называют черными металлами, а остальные металлы и их сплавы — цветными. Кроме того, все цветные металлы, применяемые в технике, в свою очередь, делятся на следующие группы:

· легкие металлы Mg, Be, Al, Ti с плотностью до 5 г/см3;

· тяжелые металлы Pb, Mo, Ag, Au, Pt, W, Та, Ir, Os с плотностью, превышающей 10 г/см3;

· легкоплавкие металлы Sn, Pb, Zn с температурой плавления 232; 327; 410 °С соответственно;

· тугоплавкие металлы W, Mo, Та, Nb с температурой плавления выше, чем у железа (> 1536 °С);

· благородные металлы Au, Ag, Pt с высокой устойчивостью против коррозии;

· урановые металлы или актиноиды, используемые в атомной технике;

· редкоземельные металлы (РЗМ) — лантаноиды, применяемые для модифицирования стали;

· щелочные и щелочноземельные металлы Na, К, Li, Ca в свободном состоянии применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах; натрий также используется в качестве катализатора в производстве искусственного каучука, а литий - для легирования легких и прочных алюминиевых сплавов, применяемых в самолетостроении.

Свойства металлов разнообразны. Ртуть замерзает при температуре минус 38,8°С, вольфрам выдерживает рабочую температуру до 2000°С (Тпл = = 3420°С). Литий, натрий, калий легче воды, а иридий и осмий — в 42 раза тяжелее лития. Электропроводность серебра в 130 раз выше, чем у марганца. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства, к ним относятся:

· кристаллическое строение в твердом состоянии.

· высокая пластичность;

· высокие тепло- и электропроводность;

· положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, означающий рост сопротивления с повышением температуры и сверхпроводимость многих металлов (около 30) при температурах, близких к абсолютному нулю;

· хорошая отражательная способность (металлы практически непро-зрачны и имеют характерный металлический блеск);

· термоэлектронная эмиссия, т. е. способность к испусканию электронов при нагреве.

Наряду с металлами во всех отраслях промышленности большое распространение получили неметаллические материалы. К ним относятся:

пластические массы,

резина,

химикаты,

формовочные,

текстильные,

древесные,

лакокрасочные

и другие материалы. Особо следует отметить пластмассы, с каждым годом все шире внедряемые в промышленность.

2. Механические свойства металлов и сплавов, определяемые при статических нагрузках. Статическими называются испытания, при которых прилагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно. Чаще применяют испытания на растяжение, позволяющие по результатам одного опыта установит несколько важных механических характеристик металла или сплава.Видынагрузак:- Испытания на растяжение. Для испытания на растяжение используют стандартные образцы - Испытание на сжатие. Для чугуна, литых алюминиевых сплавов и прочих материалов, хрупких при растяжении, применяют испытания на сжатие. Эти материалы разрушаются при растяжении путем отрыва, при сжатии разрушаются срезом.при испытании определяют предел прочности на сжатии. - Испытание на изгиб. Для хрупких материалов широко применяются испытания на изгиб. Чаще испытания проводят сосредоточенной нагрузкой на образце, лежащей на двух опорах (рис. 34). Предел прочности при изгибе sизг (smax) подсчитывают по формуле

sизг (smax) = М max / w,

где М max - максимально изгибающий момент; w = (bh)2/6 - для прямоугольного сечения образца (h и b - высота и ширина образца) w = (pd)3/32 - для круглого сечения. - Испытания на вязкость разрушения. Очагом хрупкого разрушения являются имеющие в металле микротрещины или те же дефекты, возникающие в процессе эксплуатации. Поэтому надежность конструкции определяется в основном сопротивлением металла распространению уже имеющей острой (опасной) трещины (вязкость разрушения), а не ее зарождение.

3. Технологические свойства металлов и сплавов.Пластичность Одним из основных свойств металлов является их пластичность, т.е способность металла, подвергнутого нагрузке, деформироваться под действием внешних сил без разрушения и давать остаточную (сохраняющуюся после снятия нагрузки) деформацию. Пластичность иногда характеризуют величиной удлинения образца при растяжении.Отношение приращения длины образца при растяжении к его исходной длине, выражаемое в процентах, называется относительным удлинением и обозначается δ, %. Относительное удлинение определяется после разрыва образца и указывает способность металла удлиняться под действием растягивающих усилий.

Ковкость Способность металла без разрушения поддаваться обработке давлением (ковке, прокатке, прессовке и т.д.) называется его ковкостью. Ковкость металла зависит от его пластичности. Пластичные металлы обычно обладают и хорошей ковкостью.

Усадка Усадкой металла называется сокращение объема расплавленного металла при его застывании и охлаждении до комнатной температуры. Соответствующее изменение линейных размеров, выраженное в процентах, называется линейной усадкой.

Жидкотекучесть Способность расплавленного металла заполнять форму и давать хорошие отливки, точно воспроизводящие форму, называется жидкотекучестью. Кроме хорошего заполнения формы, лучшаяжидкотекучесть способствует получению здоровой плотной отливки благодаря более полному выделению из жидкого металла газов и неметаллических включений. Жидкотекучесть металла определяется его вязкостью в расплавленном состоянии.

Износостойкость Способность металла сопротивляться истиранию, разрушению поверхности или изменению размеров под действием трения называется износостойкостью.

Коррозионнаястойкость Способность металла сопротивляться химическому или электрохимическому разрушению его во внешней влажной среде под действием химических реактивов и при повышенных температурах называется коррозионной стойкостью.

Обрабатываемость. Способность металла обрабатываться при помощи различных режущих инструментов называется обрабатываемостью.

Поиск по сайту: