Какие свойства металлов и сплавов лежат в основе образования

На чтение 5 мин.

Металлические изделия и детали используются в разных сферах промышленности. Существует множество видов металлов и каждый из них обладает сильными и слабыми сторонами. При изготовлении деталей для машин, самолётов или промышленного оборудования мастера обращают внимание на характеристики материала. Поэтому требуется знать свойства металлов и сплавов.

Крыло самолета Свойства металлов и сплавов

У металлов есть признаки, которые их характеризуют:

Высокие показатели теплопроводности. Металлические материалы хорошо проводят электричество.
Блеск на изломе.
Ковкость.
Кристаллическая структура.

Не все материалы прочные и обладают высокими показателя износоустойчивости. Это же касается плавления при высоких температурах.

Классификация металлов

Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.

Черные

Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:

Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.

Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.

Цветные

Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:

Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.

Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.

Основные виды сплавов

Человечество знакомо с различными металлическими сплавами. Самыми многочисленными из них являются соединения на основе железа. К ним относятся ферриты, стали и чугун. Ферриты имеют магнитные свойства, в чугуне содержится более 2,4% углерода, а сталь — это материал с высокой прочность и твердостью.

Отдельное внимания требуют металлические сплавы из цветных металлов.

Сталь Производство стали

Цинковые сплавы

Соединения металлов, которые плавятся при низких температурах. Смеси на основе цинка устойчивы к воздействию коррозийных процессов. Легко обрабатываются.

Алюминиевые сплавы

Популярность алюминий и сплавы на его основе получили во второй половине 20 века. Этот материал обладает такими преимуществами:

Устойчивость к низким температурам.
Электропроводность.
Малый вес заготовок в сравнении с другими металлами.
Износоустойчивость.

Однако нельзя забывать про то, что алюминий плавится при низких температурах. При температуре около 200 градусов характеристики ухудшаются.

Алюминий применяется при изготовлении комплектующих к машинам, производстве деталей для самолётов, составляющих промышленного оборудования, посуды, инструментов. Не многие знают, что алюминий популярен в сфере производства оружия. Связано это с тем, что детали из алюминия не искрят при сильном трении.

Чтобы увеличить прочность детали, алюминий смешивают с медью. Чтобы заготовка выдерживала давление — с марганцем. Кремний добавляют, чтобы получить обычную отливку.

Медные сплавы

Сплавы на основе меди — марки латуни. Из этого материала изготавливаются детали высокой точности, так как латунь легко обрабатывать. В составе сплава может содержаться до 45% цинка.

Свойства сплавов

Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.

Двигатель внутреннего сгорания

Физические свойства

Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:

Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.

Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.

Химические свойства

Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:

Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.

Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.

Механические свойства

Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:

прочность;
твердость;
пластичность;
вязкость;
хрупкость;
устойчивость к механическим нагрузкам.

Технологические свойства

Технологические свойства определяют способность металла или сплава изменяться при обработке:

Ковкость. Обработка заготовки давлением. Материал не разрушается. Структура изменяется.
Свариваемость. Восприимчивость детали к работе сварочным оборудованием.
Усадка. Происходит этот процесс при охлаждении заготовки после её разогрева.
Обработка режущим инструментом.
Ликвация (затвердевание жидкого металла при понижении температуры).

Основной способ обработки металлических деталей — нагревание.

Свойства металлов и сплавов отвечают за то, как себя будет вести готовое изделие при эксплуатации. При обработке материалов также важно знать его характеристики.

Источник

Физические свойства материалов (их показатели):

• цвет;
• плотность;
• теплопроводность;
• температура плавления;
• электропроводность;
• магнетизм;
• расширение при нагревании.

К химическим свойствам материалов относится межатомное взаимодействие материала с другими веществами.

Механические свойства материалов:

• прочность;
• твердость;
• упругость;
• пластичность;
• вязкость.

Физические свойства

Цвет металла (сплава) является одним из показателей, позволяющих судить о его свойствах. При нагревании металла по цвету поверхности можно примерно определить, до какой температуры он нагрет. Это используется при сварочных работах. Однако некоторые металлы (например, алюминий) при нагревании не изменяют цвет. Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем неокисленного.

Плотность — отношение массы вещества к его объему. Плотность материала является одной из важнейших его характеристик, которая учитывается при проектировании, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими.

Теплопроводность (теплообмен) — способность материала переносить тепловую энергию при неравномерном нагревании, имеет атомно-молекулярный характер, измеряется в Вт/(м • К).

Температура плавления — температура, при которой материал переходит из твердого состояния в жидкое. Чистые металлы имеют постоянную температуру плавления.

Электропроводность — способность вещества проводить постоянный электрический ток под действием не изменяющегося во времени электрического поля. Так как в автомобилях используются в основном металлические детали, электрическая сеть автомобилей выполняется по однопроводной схеме, вторым проводом является сам автомобиль, т. е. его «масса».

Магнитные свойства металлов широко используются в электрооборудовании автомобиля (генераторе, системе зажигания, электродвигателях, контрольно-измерительных приборах).

Способность металлов расширяться при нагревании — важное свойство, которое также учитывается при коструировании. Например, при сварке происходит местное нагревание лишь небольшого участка, и так как деталь в различных частях имеет не одинаковую температуру, то она деформируется. Детали, изготовленные из разных материалов, при нагревании расширяются по-разному. Это тоже может привести к деформациям и даже к разрушению конструкции.

Усадка — уменьшение объема расплавленного металла при его охлаждении. Вследствие усадки сварного шва, например, происходит коробление детали, появляются трещины или образуются усадочные раковины. Чем больше усадка, тем труднее получить качественное соединение.

Механические свойства

Механические свойства материалов, как правило, являются основными показателями, которые определяют его пригодность в различных условиях эксплуатации.

Прочность — способность материала в определенных условиях и пределах не разрушаться, воспринимая те или иные воздействия (нагрузки, неравномерное нагревание, магнитные и электрические поля).

Твердость — способность материала сопротивляться местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела.

Упругость — свойство тела восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешней силы (нагрузки, нагревания). Большой упругостью, например, должны обладать рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов.

Пластичность — способность тела необратимо изменять форму (деформироваться) под действием механических нагрузок. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность металла, тем он легче куется, штампуется, прокатывается.

Вязкость — способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали несущей системы, подвески, колес автомобилей).

Химические свойства

Химические свойства металлов характеризуют их способность вступать в соединение с различными веществами (химическими элементами), и в первую очередь с кислородом. Чем легче металл вступает в соединение с различными химическими элементами, тем легче он разрушается. Разрушение металлов вследствие химического воздействия среды называется коррозией. Для достижения высокой коррозионной стойкости изготавливаются специальные стали: коррозионно- и кислотостойкие).

Технологические свойства

Совокупность физических, механических и химических свойств оказывает влияние на технологические свойства материала.

Технологические свойства имеют весьма важное значение при производстве тех или иных технологических операций и определяют пригодность металла к обработке тем или иным способом.

Свариваемость — свойство металлов создавать доброкачественные соединения при сварке, характеризующиеся отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах, причем иногда металл хорошо сваривается одним методом и неудовлетворительно — другим. Например, дюралюминий хорошо сваривается точечной сваркой и плохо — газовой, чугун хорошо сваривается газовой сваркой с подогревом и плохо — дуговой и т. д.

Жидкотекучесть — способность расплавленных металлов и сплавов заполнять литейную форму.

Ковкость — способность металлов и сплавов изменять свою форму при обработке давлением.

Обрабатываемость резанием — способность металла обрабатываться путем механической обработки (резание, фрезерование и т. д.), т. е. острым режущим инструментом (резцом, фрезой, ножовкой и т. д.).

Источник

Анонимный вопрос

3 апреля 2018 · 16,1 K

Свойства металлов делятся на несколько групп: физические, химические, механические и технологические.

1) Физические свойства: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность.

2) Химические свойства: окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

3) Механические свойства: прочность, твердость, упругость, пластичность.

4) Технологические свойства: прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием.

Слишком примитивно, кое-что неверно, что-то устарело (терминология). Не советую использовать.

Как закалить сталь?

Первое – ст.3 или сталь 3 (содержание углерода – 0.3 %, легированные добавки отсутствуют) – не закаляется. Ст.3 – самая распространённая марка. Из нее чаще всего делают трубы отопления, квадратные профили и арматуру круглую, массив квадрата.

Второе – выясняем какая сталь у вас в наличии. Например, прижинная сталь – это 50ХГ. Напильник – У8 (У10). Подшипник – ШХ-15.

Третье – открываем “Справочник термиста” (Яндекс в помощь) и находим режимы термообработки. Важно ! Сталь необходимо не только закалить, но в последующем и отпустить – снять температурные напряжения. Режимы отпуска сталей также прописаны в справочнике.

Благодарю за внимание.

Прочитать ещё 5 ответов

Какие металлы относятся к драгоценным?

Engineer – programmer ⚡⚡ Разбираюсь в компьютерах, технике, электронике, интернете и… · zen.yandex.ru/gruber

Драгоценные металлы — это металлы, чья стоимость существенно выше стоимости других металлов из-за сложности их добычи или малого количества.

К драгоценным металлам относятся следующие:

Золото;
Серебро;
Платина;
Палладий.
Иридий
Родий;
Осмий;
Рутений.

Прочитать ещё 3 ответа

Почему нержавейка ржавеет?

ООО “Скантел” – поставщик импортного нержавеющего металлопроката
· scantel.ru

“Нержавейка” это условное название коррозионностойкой стали. Любая сталь, в основе которой лежит железо (Fe), ржавеет. Нержавейкой называют сталь, легированную хромом (Cr). Благодаря наличию в составе хрома, поверхность металла покрывается оксидной пленкой, которая препятствует ржавлению. При нарушении целостности пленки (химическом или механическом) металл начинает ржаветь.

Прочитать ещё 2 ответа

Как на практике используют пластичность металлов?

Невское Оборудование поставщик металлообрабатывающего оборудования и станков · spbstanki.ru

Пластичность металов – это одно из самых важных свойств, благодаря которому металлы, стли и сплавы получили такой широкое распространение в мире. Благодаря этому свойству из металлов и сталей возможно изготовление очень широкого спектра изделий: металлы и стали хорошо куются и штампуются (некоторые как в горячем, так и в холодном виде), металлы отлично загибаются и им можно придать практически любую форму прокаткой (как горячей так и холодной).

Какие металлы принято называть активными?

Увлекаюсь всем на свете: от моды до путешествий. Работаю помощником главного…

Активные металлы отличаются мягкостью, легкостью и невысокой температурой плавления. Как правило, у активных металлов 1-2 валентных электрона, находящихся на достаточном удалении от ядра. Наиболее активными считаются литий, натрий, калий, цезий, рубидий.

Степень активности металла можно посмотреть в электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен.

Источник

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели:

Образовательные: Способствовать
запоминанию основной терминологии, формированию
представления о металлах, их свойствах и области
применения.
Развивающие: Способствовать формированию
и развитию познавательного интереса учащихся к
предмету.
Воспитательные: Способствовать
формированию и развитию нравственных,
эстетических, экономических качеств личности.

Тип урока: комбинированный.

Формы организации учащихся на уроке: фронтальная
и групповая работа.

Методы обучения: проблемное изложение,
практическая работа.

Методическое оснащение урока:

Наглядные пособия: презентация “Свойства
металлов и сплавов”, образцы металлов и сплавов.
Раздаточный материал: комплекты металлов и
сплавов (для работы в группах).

Оборудование: Ноутбук, проектор, верстаки
универсальные.

Межпредметные связи: Окружающий мир.

Ход урока

Организационный момент (3 мин.)

Приветствие учащихся
Проверка посещаемости и готовности к уроку.
Домашнее задание: записи в тетради,
исследовательская работа в тетради
“Металлургия в древности”.
Организация рабочего места: распределение по
группам (с учетом возможностей и способностей
учащихся).

Мотивация учебной деятельности (5 мин.)

За время обучения в школе вы узнали много
нового.

Вопрос: Давайте попробуем перечислить что вы
узнали в 6 классе.

Ответы обучающихся.

На уроках технологии мы изучили технологию
обработки древесины и металла, научились
работать инструментами для их обработки. Мы
теперь можем пилить, строгать, наносить разметку,
сверлить править и гнуть металл, обрабатывать
его. Но что общего между металлом и древесиной? А
чем они различаются между собой? Почему в
современном обществе металл стал более
распространённым чем древесина.

Вопрос: давайте попробуем вспомнить где металл
заменил древесину?

Ответы обучающихся.

Вопрос: Скажите, а что нам необходимо для того
знать чтобы была возможна замена одного
материала другим?

Ответы обучающихся.

Вот поэтому сегодня мы и познакомимся со
свойства металлов и их сплавов. (сообщение темы и
цели урока).

Демонстрация презентации (слайд №1)

III. Активизация познавательной
деятельности обучающихся (10 мин.)

Учащиеся, работая в группах, получают задание:
перечислить изделия изготовленные из различных
металлов и сплавов.. Учитывается количество
названных изделий с указанием материала его
изготовления. Проверка проводится поочередным
названием изделий. Победившая группа получает
дополнительный бал к итоговой оценке.

IV. Теоретическая часть (22 мин .)

Изложение программного материала.

Учитель: Сейчас мы перечислили
изделия и материалы из которых они были
изготовлены. А как вы думаете почему в одних
изделия были применены цветные металлы, в других
сплавы? И почему наиболее распространены черные
сплавы.

Ответы обучающихся.

Учитель: Попробуем разобраться в этом.

Свойство – сторона предмета, которая
обусловливает его различие или сходство с
другими предметами и обнаруживается в его
отношении к ним.

Физические – отличительные стороны материалов,
которые проявляются при взаимодействии их с
окружающей средой.
Механические – отличительные стороны
материалов, которые проявляются в способности
сопротивляться воздействию внешних
механических усилий.
Технологические – способность материалов
подвергаться обработке.
Химические – способность материалов
взаимодействовать с окружающей средой при
различных температурах (окисляемость,
растворимость, коррозионная стойкость и др.)

(слайд №2)

Термины “физический” и “механический”
происходят от греческих слов, означающих
соответственно “природа” и “орудие, машина”.
Термин “химический” произошёл от
древнелатинского слова “алхимия” (наука о
веществах и их превращениях). (слайд №3)

Физические свойства (слайд №4 )

Учитель: Какими свойствами обладает
древесина и металлы? Давайте попробуем их найти.

Ответы обучающихся.

Работа проводится с помощью интерактивной
доски, где учащимся предлагают, определить
какими физическими свойствами обладают металлы
и древесина (соединить при помощи маркера)

Правильные ответы на слайде №5.

Рассмотрим более подробно физические свойства
металлов и их сплавов (слайд №6 )

Цвет	Способность материалов вызывать определенные зрительные ощущения.
Блеск	Способность материалов отражать свет
Плотность	Количество массы материала в единице объёма (измеряется в кг/м 3, гр/см 3)
Теплопроводность	Способность материалов передавать теплоту от более нагретых частей тела к менее нагретым.
Электропроводность	Способность материалов проводить электрический ток.
Температура плавления	Тепловое состояние металлов и сплавов, при котором они из твердых становятся жидкими.
Тепловое расширение	Увеличение размеров (объёма) металлов и сплавов при нагревании
Намагничиваемость	Способность материалов и сплавов намагничиваться под действием магнитного поля.

Высокой плотностью обладает свинец ( плотнее
железа в 1.43 раза), низкой- магний и алюминий (
плотность по сравнению с железом ниже
соответственно в 4,51 и 2,91 раза). Медь плотнее
железа в 1,13 раза.

Высокая теплопроводность у меди и алюминия
(выше по сравнению с железом соответственно в 7,00
и 3,42 раза), низкая у свинца (ниже чем у железа в 1,66
раза).

Учитель: Какие физические свойства
присущи только древесине? Давайте попробуем их
найти.

Ответы обучающихся.

Учитель: В ходе ответов были озвучены
механические свойства. (слайд №7)

Они учитываются при обработке материалов и их
практическом использовании. Показатели
механических свойств – предел прочности при
растяжении (временное сопротивление) –
отношение наибольшей нагрузки на материал к
площади его поперечного сечения, измеряется в Па
или МПа;

– относительное удлинение – отношение
увеличения длины образца после разрыва (при
испытаниях на растяжение) к его первоначальной
длине (в%).

(слайд №8)

Прочность	Способность материалов выдерживать нагрузки без разрушения.
Твёрдость	Способность материалов сопротивляться проникновению других, более твёрдых тел.
Упругость	Способность материалов восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешних сил.
Вязкость	Способность материалов необратимо поглощать энергию при мгновенном на них воздействии.
Хрупкость	Способность металлов и сплавов разрушаться под действием ударных нагрузок. Хрупкость – свойство, обратное вязкости.
Пластичность	Способность металлов и сплавов изменять свою форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, и оставаться в этом состоянии после прекращения действия этих сил.

Происхождение терминов: Термин “упругость”
впервые ввел в употребление великий русский
ученый М.В.Ломоносов. Термин “пластичность”
происходит от греческого слова, означающего
“лепной, скульптурный”.

Учитель: Давай те попробуем
определить какие предметы обладают данными
свойствами ?

Ответы обучающихся.

Закрепление полученных знаний по разделу
механические свойства металлов и сплавов проводится
с помощью интерактивной доски (слайд№ 14), где
учащимся предлагают, определить какие предметы
обладают данными свойствами. ( сортируя предметы
при помощи маркера).

Правильные ответы на слайде №15.

Учитель: Ребята, давайте попробуем
определить какими технологическими свойствами
обладают металлы и их сплавы.

VI. Практическая работа по изучению
технологических свойств. (25 минут) (слайд №16)

В данном разделе необходимо объяснить
учащимся, с какой целью в стадии выплавки
формируют технологические свойства металлов и
их сплавов.

Учащиеся работают в группах и заполняют
таблицу в процессе ознакомлением с
технологическими свойствами пробуют
самостоятельно дать определения.

Образец таблицы

Технологические свойства	Определения	Изделия, в которых используется данное свойство

Ответы обучающихся.

Демонстрация презентации (слайд 17-21).

Ответы учащихся:

Ковкость	Свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара
Жидкотекучесть	Свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму и получать плотные отливки
Обрабатываемость резанием	Свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различными инструментами
Свариваемость	Свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии
Коррозионная стойкость	Свойство металлов или сплавов противостоять коррозии

VI. Контроль усвоения нового теоретического
материала (5 мин.)

Учитель: Давайте ребята попробуем
теперь подвести итог нашей работы.

Закрепление материала (слайд №28)

Какие свойства называются “Физическими”?
Какие свойства называются “Механическими”?
Какие свойства называются “Химическими”?
Какие свойства называются “Технологическими”?
Перечислите основные физические свойства
металлов.
Перечислите основные механические свойства
металлов.
Перечислите основные технологические свойства
металлов.
Как можно повысить коррозионную стойкость
металлов?

VII. Заключительный инструктаж (5 мин.)

Задание на дом:
Уборка рабочих мест

VIII. Подведение итогов (5 мин.)

Команде набравшей большее количество баллов
выставляю оценки за теоретический материал в
журнал.
Сообщение о достижении цели урока.
Обратить внимание учащихся на допущенные
ошибки, объяснить их причины.
Отметить наиболее активных учащихся

Источник