Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Саратовской области Петровский агропромышленный лицей

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ


Физические свойства металлов и сплавов

К физическим свойствам металлов и сплавов

относятся цвет, плотность (удельный вес), плавкость,

тепловое расширение, теплопроводность,

теплоемкость, электропроводность и способность их

намагничиваться. Эти свойства называют

физическими потому, что обнаруживаются в явлениях,

которые не сопровождаются изменением

химического состава вещества, т. е. металлы и сплавы

остаются неизмененными по составу при нагревании,

прохождении через них тока, тепла, а также при их

намагничивании и плавлении. Многие из указанных

физических свойств имеют установленные единицы

измерения, по которым судят о свойствах металла.


Цвет

Металлы и сплавы не прозрачны . Даже тонкие

слои металлов и сплавов не способны пропускать

лучи, но они имеют в отраженном свете внешний

блеск, причем каждый из металлов и сплавов

имеет свой особый оттенок блеска или, как

говорят, цвет. Например, медь имеет розово-

красный цвет, цинк - серый, олово - блестяще-

белый и т. д.


Удельный вес

Удельный вес-это вес 1 см 3 металла, сплава или

любого другого вещества в граммах. Например,

удельный вес чистого железа равен 7,88 г/см 3 .


Плавление

Плавление - способность металлов и сплавов

переходить из твердого состояния в жидкое,

характеризуется температурой плавления.

Металлы, имеющие высокую температуру

плавления, называют тугоплавкими (вольфрам,

платина, хром и т.д.). Металлы, имеющие низкую

температуру плавления, называют легкоплавкими

(олово, свинец и т.д.).


Тепловое расширение

Тепловое расширение - свойство металлов и

сплавов увеличиваться в объеме при нагревании,

характеризуется коэффициентами линейного и

объемного расширения. Коэффициент линейного

расширения - отношение приращения длины

образца металла при нагревании на 1° к

первоначальной длине образца. Коэффициент

объемного расширения - отношение приращения

объема металла при нагревании на 1° к

первоначальному объему.


Объемный коэффициент принимают равным

утроенному коэффициенту линейного расширения.

Различные металлы имеют различные

коэффициенты линейного расширения. Например,

коэффициент линейного расширения стали

равен 0,000012 , меди - 0,000017 , алюминия-

0,000023 . Зная коэффициент линейного

расширения металла, можно определить его

величину удлинения: определим, насколько

удлинится стальной трубопровод длиной 5000

м при его нагреве до 20°С :

5000·0,000012·20 = 1,2 м


Теплопроводность

Теплопроводность -способность металлов и

сплавов проводить тепло. Чем больше

теплопроводность, тем быстрее тепло

распространяется по металлу или сплаву при

нагревании. При охлаждении металлы и сплавы,

обладающие большой теплопроводностью,

быстрее отдают тепло. Теплопроводность красной

меди в 6 раз выше теплопроводности железа. При

сварке металлов и сплавов, имеющих большую

теплопроводность, требуется предварительный, а

иногда и сопутствующий подогрев.


Теплоемкость

Теплоемкость - количество тепла, потребное для

нагревания единицы веса на 1° . Удельная

теплоемкость - количество тепла

в ккал (килокалориях), необходимое для нагрева 1

кг вещества на 1° . Низкую удельную теплоемкость

имеют платина и свинец. Удельная теплоемкость

стали и чугуна примерно в 4 раза выше удельной

теплоемкости свинца.


Электропроводность

Электропроводность - способность металлов и

сплавов проводить электрический ток. Хорошей

электропроводностью обладают медь, алюминий

и их сплавы.


Магнитные свойства

Магнитные свойства - способность металлов

намагничиваться, которые проявляются в том, что

намагниченный металл притягивает к себе

металлы, обладающие магнитными свойствами.


Слайд 2

.

Сплавы – это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух или более компонентов, из которых по крайней мере один – металл. Компонентами сплавов могут быть и неметаллы, и соединения.

Слайд 3

Сплавы бывают: Однородные (когда при сплавлении образуется как бы раствор одного металла в другом) Неоднородные (представляет собой механическую смесь металлов)

Слайд 4

Однородные и неоднородные сплавы

зеленое золото алюминиевая бронза (однородный сплав - (неоднородный сплав) сплава золота с серебром и добавками красной меди)

Слайд 5

.

Сплавы часто подразделяют по составу: медные сплавы алюминиевые сплавы никелевые сплавы титановые сплавы

Слайд 6

Сплавы бывают: Сплавы черных (железных) металлов (железо и все его сплавы) Сплавы цветных металлов (остальные металлы и их сплавы)

Слайд 7

Черные (железные) сплавы Чугун Сталь чугунная посуда стальной мост

Слайд 8

Чугун - сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5% углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун подразделяется на: Литейный чугун (применяют для изготовления массивных деталей методом литья) Передельный чугун (применяется для переработки в сталь)

Слайд 9

Сталь - сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали разделяют на два основных вида: Углеродистая сталь (сплав железа с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание углерода, фосфора, серы, марганца, кремния гораздо меньше) Легированная сталь (сплав железа с углеродом, а также специальные легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и другие.

Слайд 10

Цветные сплавы: Бронза – сплав на основе меди с добавлением (до 20%) олова. Используют в машиностроении, а также для художественного литья. статуэтка, отлитая из бронзы

Слайд 11

Цветные сплавы: Латунь – медный сплав, содержащий от 10 до 50% цинка. Применяют в моторостроении. Для изготовления мебельной фурнитуры. оконная фурнитура из латуни

Слайд 12

Цветные сплавы: Мельхиор – сплав, содержащий около 80% меди и 20% никеля, похож по внешнему виду на серебро. Используют для изготовления недорогих столовых приборов и художественных изделий. художественное изделие из мельхиора

Сплав Макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.


Виды сплавов По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов. Порошковые прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых веществ, но и порошки химических соединений. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений (в том числе карбиды, нитриды, интерметаллиды) и кристаллиты простых веществ.


Сплавы различают по назначению Конструкционные СтальЧугун Дюралюминий Конструкционные со специальными свойствами БронзаЛатунь Для заливки подшипников Баббит Для измерительной и электронагревательной аппаратуры Манганин Нихром Для изготовления режущих элементов Победит


Чугун Сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок.








Сталь Сплав железа с углеродом и/или с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14% углерода. Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь. Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.


Получение стали Мартеновский способ заключается в том, что выжигание избытка углерода в чугуне происходит не только за счет кислорода воздуха, но и кислорода оксидов железа, которые добавляются в виде железной руды и ржавого железного лома. 4Fe 2 O 3 + 6Si = 8Fe + 6SiO 2 2Fe 2 O 3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO 5Fe 2 O 3 + 2P = 10FeO + P 2 O 5 FeO + С = Fe + CO




Бронза и Латунь Бронза - сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка и никеля. Латунь это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк, иногда с добавлением олова, никеля, свинца, марганца, железа и других элементов.





Слайд 1

Сплавы металлов

Слайд 2

Сплавы металлов- это вещества с металлическими свойствами, состоящие из двух или нескольких элементов, из которых хотя бы один является металлом Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных). Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе Fe и Al. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Слайд 3

Классификация сплавов:
1) По числу компонентов двойные тройные (и т.д.) 2) По структуре гомогенные-однофазные гетерогенные (сплавы, состоящие из нескольких фаз) 3) По характеру металла, являющегося основой сплава черные- сталь, чугун цветные- сплавы Аl, Cu, Ni и т.д. 4) По характерным свойствам тугоплавкие легкоплавкие жаропрочные высокопрочные твердые коррозийно- устойчивые 5) По технологическим признакам литейные деформируемые 6) По способу изготовления литые порошковые

Слайд 4

Свойства Сравнительно мягкий и поддающийся обработке. (Мягче других чугунов). Свободный углерод придает чугуну мягкость
Состав 1,7-4,3 % С, 1,25-4,0 % Si до 1,5 % Мn. Большое содержание кремния снижает растворимость углерода. Поэтому углерод выделяется в виде графита. Применение Различные детали (шестерни, колеса, трубы и т.д.)
Виды и свойства чугуна Серый чугун (с высоким содержанием кремния)

Слайд 5

Состав: Содержит 1,7-4,3 % С, более 4% Mn, но очень мало Si. С в основном содержится в виде цементита- карбида железа Fe3C.
Cвойства Твердый и хрупкий. Эти свойства придает цементит, который обладает большой твердостью. Применение Переработка в сталь
Белый чугун (с небольшим содержанием кремния)

Слайд 6

Свойства некоторых легированных сталей и их применение

Слайд 7

Легирующий элемент- Хром (Cr)
Cвойства Твердость и устойчивость к коррозии
Применение: -инструменты -резцы -зубила

Слайд 8

Легирующий элемент- Никель (Ni)
Cвойства Вязкость, механическая прочность и устойчивость против коррозии
Применение: -турбины электростанций и реактивных двигателей, -измерительные приборы -детали, используемые при высоких температурах

Слайд 9

Легирующий элемент- Марганец (Mn)
Свойства: Твердость, механическая прочность, устойчивость против ударов и трений
Применение: -детали дробильных установок -железнодорожные рельсы -зубья ковшей экскаваторов

Слайд 10

Легирующий элемент- Титан (Ti)
Свойства: Жаростойкость, механическая прочность при высоких температурах, устойчивость против коррозии
Применение: -в самолето-, ракето- и судостроении -химическая аппаратура

Слайд 11

Легирующий металл- Вольфрам (W)
Свойства: Твердость и жаропрочность, износоустойчивость
Применение: -быстрорежущие инструменты, пилы, фрезы, штампы - нити электрических ламп

Слайд 12

Легирующий металл- Молибден (Мо)
Свойства: Эластичность, жаростойкость, устойчивость против коррозии
Применение: -в производстве лопастей турбин реактивных самолетов и автомобилей, -броневые плиты -лабораторная посуда -детали электронных ламп

Слайд 13

Легирующий металл- Кремний (Si)
Свойства: Устойчивость к воздействию кислот
Применение: -трансформаторы -кислотоупорные аппараты и приборы

Слайд 14

Легирующий металл- Ванадий (V)
Свойства: Высокая прочность, упругость и устойчивость к ударам
Применение: -в производстве инструментальных сталей -детали автомобильные, тракторные и других машин, подвергающиеся ударам

Слайд 15

сплавы цветных металлов

Слайд 16

Алюминиево-марганцевая бронза
Тплав= 1060 Применение: -детали машин

Слайд 17

Бериллиевая бронза
Тплав =1000 Применение: -пружины и инструменты, не образующие при ударе искр -струны музыкальных инструментов