Тверд ы е м атер и ал ы

СВОЙСТВА М ЕТАЛЛОВ

Свойства материала обычно описываются в том его агрегатном состоянии, при котором материал используется в работе. Металлы обычно применяются в твердом состо- янии.

Физические свойства металлов.Металлы обладают сле- дующими физическими свойствами: цветом, пластич- ностью, теплопроводностью, плотностью, температурой плавления, твердостью и др.

Пластичность — способность материала изменять свою форму, не разрушаясь, под воздействием нагрузки и сохранят ь эту форму после снятия нагрузки. Это свойст- во металла является одним из основных при его худо- жественной обработке (чеканка, металлопластика, худо- жественное литье и др.).

Теплопроводность — свойство материала проводить тепло с той или иной скоростью. Металлы обладают хо- рошей теплопроводностью, причем у сплавов она значи- тельно ниже, чем у чистых металлов.

Наиболее важны в практике художественног о оформле- ния плотность, температура плавления и твердость.

Плотность — это количество вещества М (кг) или m (т) в единице объема V ( м 3 ) . У металлов она изменяет- ся в очень широких пределах — от 0,5 до 22 г/см 3 . Метал- лы с плотностью ниже 5 г/с м 3 называются легкими (магний, алюминий и титан). Остальные металлы образу- ют группу тяжелых металлов.

Температура плавления — температура, при которой вещество при нагревании из твердого состояния полностью переходит в жидкое. При охлаждении расплав вновь за- твердевает.

Диапазон изменения температуры плавления металлов очень широк — от — 3 9 °С у ртути до 3410 °С у вольфрама. Одним из видов художественной обработки металлов явля- ется художественное литье. Основные металлы, которые ис- пользуются для этого, — чугун и бронза.

Твердость — способность материала оказывать сопро- тивление проникновению в него другого, более твердого тела. Металлы различаются по твердости: они могут быть мягкими как воск (щелочные) и твердыми, с трудом под- дающимися обработке закаленными инструмента ми (вольфрам, хром).

Химические свойства металлов.Основным химическим свойством металлов, широко используем ым в практике художественно-оформительских работ, является их спо- собность к окислительно-восстановительным реакциям, что используется для декоративной отделки металлов.

Сущность химической отделки заключается в следую- щем: под действием различных химических веществ на поверхности металла происходит реакция с образованием новых химических соединений, которые прочно соединя- ются с основным металлом и придают ему тот или иной цвет. Образующиеся элементы в большинстве случаев яв- ляются окислами или другими химическими образовани- ями.

Некоторые полученные таким путем пленки нуждаются в последующем закреплении, которое выполняют с помо- щью бесцветных нитролаков.

Одной из разновидностей химических реакций являет- ся электрохимическая (или гальваническая) реакция. Сущность ее — покрытие поверхности одного металла дру- гим с помощью осаждения его из водных растворов соли действием электрического тока или без него. Этот способ особенно широко применяется в художественной про- мышленности.

Покрытия, полученные гальваническим способом, отли- чаются высокой декоративностью, прочностью и экономи- чностью, так как толщина покрытия не превышает не- скольких микрон.

ВИДЫ М ЕТАЛЛОВ

Все металлы разделяются на две большие групп ы: черные и цветные.

Черны е металлы— это соединения элемента железа с углеродом и другими добавками: марганцем, кремнием, серой, фосфором и т. п.

В зависимости от содержания углерода в сплаве чер- ные металлы подразделяются на сталь (до 2 % углерода) и чугун (более 2 % углерода) .

Для оформительских работ из черных металлов чаще всего используют чугун, который в расплавленном состоя- нии позволяет получить любую сложную форму путем ее отливки. Для этого используют чугуны: серый (СЧ), бе- лый (БЧ) и ковкий ( КЧ). Серый чугун хорошо льется, но не обладает способностью противостоят ь ударным уси- лиям, белый чугун, получаемый в результате термической обработки, обладает очень высокой прочностью, а получае- мый на его основе ковкий чугун можно обрабатывать кузнечными инструментами. При маркировании чугуна ста- вят цифры, которые обозначают прочность чугуна или со- держание в нем отдельных элементов, определяющих его свойства.

Сталь для оформительских работ используют как конструкционный материал в виде провода, металличес- ких прутьев (круглых, квадратных, шестигранных), изделий из различного проката (уголков, швеллеров, двутавров) и листового материала (изготовление каркасов, несущих элементов и т. п.), а также для изготовления инстру- ментов, используем ых для этих работ.

Качество стали во многом зависит от содержания в ней углерода, технологии производства и содержания до- бавок.

Углеродистые стали обозначаются буквами СТ и циф- рами, указывающими содержание углерода в десятых час- тях процента (например, СТЗ, СТ4 и т. п.). Для изготов- ления инструментов используются инструментальн ые ста- ли У8, У12 . Высококачественные стали обозначаются Сталь 50, Сталь 70 и т. п. Стали с добавками тугоплавких металлов (марганца, вольфрама, молибдена и др.) называ- ются легированными.

Марку стали и ее качество определяют путем спектро- графических исследований и пробами на твердость.

Цветные металлы— это медь, латунь, бронза, алюми- ний, цинк и др. Их характерная особенность — способ- ность образовывать на поверхности окисную пленку, кото- рая предотвращает дальнейшую коррозию металла.

Медь в основном встречается в виде различных соеди- нений. Обозначают ее от М00 (чистая медь без примесей)

до М4 (до 99 % чистой меди). Содержание примесей при- дает соединениям меди различные свойства (упругость, текучесть и др.).

Изделия из меди приобретают красивый внешний вид путем механической и химической отделки.

Для художественных работ наилучшим материалом является красная медь, которая обладает высокой плас- тичностью и позволяет выполнять ее ручную и механичес- кую обработку.

Латунь представляет собой сплав меди и цинка желто- ватого цвета. Обозначается латунь буквой Л с цифрой, которая указывает на процентное содержание в сплаве ме- ди (остальное цинк).

Для повышения прочности, антикоррозионных свойств в латунь добавляют железо, марганец, никель, свинец и др.

Латунь, также как и медь, относится к материалам, наиболее пригодным для чеканки декоративных изделий. Она очень легко чеканится, допускает глубокую вытяжку, хорошо отжигается и разнообразно отделывается.

Бронза представляет собой сплав меди с оловом. Помимо олова в сплав часто входят и другие элементы (кроме цинка). Бронза обозначается Бр с последующим перечислением элементов, входящих в ее состав.

По сравнению с латунью бронза прочнее, более корро- зионно-стойкая. Бронза с давних времен считается наибо- лее благородным скульптурным материалом. Из нее можно изготовлять различные декоративные элементы путем руч- ной и механической обработки.

Алюминий — легкий и малоокисляющийся материал, хорошо поддается различным видам художественной обра- ботки. Однако, работая с алюминием, необходимо соблю- дать особую осторожность при отжиге, так как он плавит- ся при относительно низкой температуре.

Алюминий используют для выполнения больших мону- ментальных произведений, применяя для этого листы до

3 мм.

Иногда для выполнения работ применяют алюминий с небольшими добавками, образуя при этом сплавы с раз- личными свойствами. В практике оформительских работ для создания больших декоративных панно используют конструкционный алюминий — дюралюминий, однако этот материал очень жесткий и обрабатывать его довольно трудно.

Олово — тяжелый мягкий металл серебристого цвета с

температурой плавления 232 ° С. В чистом виде олово не подвержено коррозии. Для художественно-оформительс- ких работ олово применяют в качестве припоя при паянии (припои составляются в основном со свинцом).

Хранить олово необходимо при положительн ых темпе- ратурах, так как при отрицательных ( - 1 3 ° С) оно пре- вращается в серый порошок. Явление это носит название

«оловянная чума».