Свойства металлов и сплавов

Металлы, простые вещества, обладают такими основными свойствами: физическими, химическими, механическими и технологическими.

К основным физическим свойствам относят:

– плотность – масса единицы объема металла или сплава. Имеет размерность г/см³. Для стали эта величина составляет γ=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 составляет t_пл=1539˚С; для алюминия – 660˚С, для меди – 1083˚С;

– тепловое расширение металла 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°С α = 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 (β), показывающим сколько тепла может пройти в единицу времени через площадку 1м² на расстояние 1м перпендикулярно к ней при разности температур 1°С на двух противоположных сторонах куба. Размерность – Вт/(м·град). Для железа β = 74,4 Вт/(м·град), для алюминия β = 228 Вт/(м·град), для меди – β = 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).

К основным химическим свойствам относят коррозионную стойкость на воздухе и в жидкой среде, при нормальной и повышенной температуре и т.п.

Под технологическими свойствами металлов и сплавов понимают их 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, характеризуется способностью 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.

Механическими свойствами являются свойства, которые характеризуют поведение металла при воздействии на него внешних сил в процессе изготовления из него заготовок (деталей) или изделий либо при эксплуатации деталей и элементов (конструкций) в рабочих условиях. Механические свойства стали и ее свариваемость зависят от химического состава, вида термической обработки и технологии прокатки.

Основные механические свойства таковы:

– прочность, под которой понимают способность металлов сопротивляться деформациям не разрушаясь;

– упругость – свойство металлов сопротивляться прилагаемой внешней нагрузке без заметного относительного смещения атомов; после окончания действия нагрузки деформация металлов полностью устраняется;

– пластичность – способность металла к остаточной (остающейся после снятия нагрузки) деформации без разрушения; пластичные металлы под действием внешней силы принимают заданную форму не разрушаясь;

– вязкость, которая характеризуется ударной вязкостью – способностью металлов и сплавов противостоять разрушению под действием ударной нагрузки;

– твердость металлов и сплавов, под которой понимают 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.