8. ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

 

Вивчивши матеріали цього розділу, учні:

• знатимуть способи виготовлення металевих виробів залежно від властивостей металів;

• вмітимуть робити висновки про придатність тих чи тих металів і сплавів для виготовлення деталей.

1. Металознавство - це прикладна наука, що вивчає у взаємозв'язку склад, будову та властивості металів і сплавів, встановлює залежність будови і властивостей від методів виробництва й оброблення металів і сплавів, а також зміну їх під впливом механічних, термічних та інших зовнішніх дій на метали.

2. Властивість - це сукупність характеристик металів і сплавів, від яких залежить придатність виготовлення деталей і конструкцій. Одні з них легкі (магній, алюміній, титан), інші важкі (свинець). Олово, свинець - метали, які легко плавляться, а для розплаву заліза або платини необхідно витратити багато енергії. Міцність є одним із головних факторів при виробленні металу, однак не всі метали однаково міцні. Розрізняють фізичні, хімічні, механічні та технологічні властивості металів.

3. Фізичні властивості металів проявляються, коли фізичні явища, діючи на метал, не змінюють його складу. Наприклад, при нагріванні метал розплавляється, але його склад залишається таким самим.

Густина - величина, яка дорівнює відношенню маси металу до займаного ним об'єму. Наприклад, густина заліза дорівнює 7800 кг/м³, алюмінію -2700 кг/м³, свинцю - 11300 кг/м³.

Кольором називають здатність металів відбивати світлові промені, що на них потрапляють. Промені світла, відбиті від різних металів, діють на органи зору по-різному, що створює відчуття того чи того кольору. Наприклад, мідь має рожево-червоний колір, алюміній - білий.

Теплопровідність - це здатність металів проводити тепло. Чим більша теплопровідність, тим швидше тепло поширюється металом при його нагріванні і віддається ним при охолодженні. Високу теплопровідність мають мідь та алюміній. Залізо, сталь, чавун проводять тепло в 4-6 разів гірше, ніж мідь.

Теплоємність визначає кількість тепла, необхідного для нагрівання металу на 1 °С. Низьку теплоємність мають платина і свинець. Теплоємність сталі й чавуну майже в 4 рази вища, ніж теплоємність свинцю.

Плавлення - це процес переходу металу з твердого стану в рідкий. Метали з високою температурою плавлення вважають тугоплавкими (вольфрам, хром, платина), а метали з низькою температурою плавлення належать до легкоплавких (олово, свинець). Наприклад, температура плавлення заліза -1539 °С, міді - 1083 °С, олова - 2319 °С, вуглецевої сталі - 1420-1520 °С.

Теплове (термічне) розширення означає здатність металу, що нагрівається, збільшувати свої розміри.

Електропровідністю називають здатність металу проводити електричний струм. Хорошими провідниками струму є срібло, мідь, алюміній. Деякі метали і сплави (ніхром) чинять електричному струму великий опір.

4. Хімічні властивості - це здатність металів і сплавів взаємодіяти з навколишнім середовищем, вступати в хімічні сполуки, розчинятися, кородувати, чинити опір дії агресивних середовищ. Найважливіші з них - це окислення на повітрі, кислотостійкість, лугостійкість, жароміцність.

5. Механічні властивості пов'язані з поняттям про навантаження, деформацію та напруження. Від механічних властивостей металу залежить його поведінка при деформації і руйнуванні під дією зовнішніх сил конструкцій або деталей.

Теплове (термічне) розширення означає здатність металу, що нагрівається, збільшувати свої розміри.

Міцність - це властивість металів, не руйнуючись, чинити опір дії прикладених зовнішніх сил. Міцність металів характеризується умовною величиною - межею міцності. Це навантаження, яке прикладене до зразка в момент розриву, віднесене до площі поперечного перерізу зразка:

Пружність - здатність металів змінювати свою форму під дією зовнішніх сил і відновлювати її після припинення дії цих сил. Відношення навантаження, при якому зразок починає мати залишкові подовження, до площі його поперечного перерізу називають межею пружності. Наприклад, межа пружності сталі - до 300; міді - 25; свинцю - 2,5 МПа.

Пластичність - здатність металів, не руйнуючись, змінювати під дією зовнішніх сил свою форму після припинення дії сил. Сталь значною мірою пластична, а при нагріванні її пластичність зростає. Цю властивість використовують при одержанні виробів шляхом прокату та кування.

Втомлюваність - зміна механічних і фізичних властивостей матеріалів під дією сил, що циклічно змінюються під час напружень і деформацій. В умовах дії таких навантажень у робочих деталях утворюються і розвиваються тріщини, які призводять до повного руйнування. Небезпека полягає у тому, що руйнування можуть відбуватися під дією напруг значно менших, ніж межі міцності і плинності.

Крихкість - властивість металу руйнуватись відразу після дії прикладених до нього сил, не показуючи жодних ознак деформації (чавун).

Твердість - здатність металу чинити опір вдавлюванню у нього іншого, більш твердого матеріалу. Чавун і сталь мають високу твердість, свинець -низьку. Для перевірки твердості металів існує три методи випробування, які названо за іменами їхніх винахідників - Брінелля, Роквелла, Віккерса:

- випробування за способом Брінелля полягає в тому, що в поверхню зразка металу під певним навантаженням вдавлюють сталеву загартовану кульку діаметром 2,5; 5,0; 10 мм.

Після вдавлювання зразка на поверхні залишається відбиток кульки. За допомогою спеціального мікроскопа вимірюють діаметр відбитка, а відтак визначають число твердості НВ: відношення прикладеного до кульки навантаження до площі поверхні відбитка називають числом твердості за Брінеллем НВ (НВ для вуглецевої сталі - 1300-2800, міді - 300, свинцю -30-80 МПа);

- випробування зразка за способом Роквелла (HR) полягає у тому, що за допомогою преса в поверхню зразка вдавлюють алмазний конус із кутом при вершині 120°. Твердість визначається глибиною вдавлення конуса;

- випробування за способом Віккерса (HV) застосовують для вимірювання твердості на невеликих ділянках термічно оброблених металів. У зразок металу за допомогою пресса вдавлюють правильну чотиригранну алмазну піраміду з кутом при вершині 136°.

Ударна в'язкість - здатність металів не руйнуватись під час дії на них ударних навантажень. Ударна в'язкість визначається за допомогою маятникового копра. Зразок стандартної форми встановлюють в опорах і руйнують вантажем, який падає з висоти.

6. Технологічні властивості визначають здатність металів отримувати те чи те оброблення. До технологічних властивостей металів належать ковкість, рідинноплинність, усадження, оброблення різанням, зварюваність.

7. Ковкість - це здатність металів, не руйнуючись, набувати потрібної форми під дією зовнішніх сил. Сталь у нагрітому стані має хорошу ковкість.

8. Рідинноплинністю називається здатність розплавлених металів заповнювати ливарні форми. Високу рідинноплинність має сірий чавун, низьку -мідь.

9. Усадження - це здатність розплавлених металів зменшувати свій об'єм при охолодженні. Ця властивість має значення у ливарній справі. Моделі виливків виготовляють з урахуванням усадження, тобто більших розмірів, ніж розміри виливка. Крім того, усадження призводить до утворення тріщин у виливках. Найменшу усадку мають сірий чавун, цинкові й алюмінієві сплави.

10. Оброблення різанням - це здатність металів зазнавати дії різальних інструментів. Зважаючи на меншу твердість, деякі кольорові метали легше обробляти різанням, ніж чорні.

11. Зварюваністю називають здатність металів міцно з'єднуватися шляхом розплавлення місця з'єднання. Добре зварюються сталі з низьким вмістом вуглецю. Чавун і сплави кольорових металів зварюються значно складніше.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Як називають властивість матеріалів чинити опір зовнішнім силам?

2. Що таке твердість? Густина?

3. У чому полягає спосіб визначення твердості металу за Брінеллем?

4. Як перевіряють твердість металів способом Роквелла?

5. Що характеризує технологічні властивості матеріалів?

6. Назвіть відомі вам види навантажень, які діють на деталі.

7. Назвіть основні технологічні властивості металів.

8. Які властивості відносять до фізичних?

 

 

Це матеріал з підручника "Матеріалознавство та технологія металів" Власенко 2019