Уникальные свойства металлов и сплавов

Металлы и сплавы широко используются в промышленности и технике благодаря своим удивительным свойствам. Давайте подробно разберем, какие бывают свойства у металлов и сплавов и что делает их незаменимыми.

Физические свойства металлов и сплавов

К физическим свойствам металлов и сплавов относятся:

  • Цвет
  • Плотность
  • Тепло- и электропроводность
  • Температура плавления
  • Коэффициент линейного расширения
  • Отражательная способность

Цвет металлов обусловлен их способностью поглощать и отражать свет разной длины волны. Например, медь имеет характерный красноватый оттенок, алюминий - серебристо-белый, золото - желтый.

Плотность - это масса единицы объема металла. Чем выше плотность, тем тяжелее металл. По плотности различают легкие металлы (алюминий, магний, титан) и тяжелые (железо, медь, свинец).

Высокая тепло- и электропроводность важна для применения металлов в электротехнике и энергетике. Лучшими проводниками являются серебро, медь и алюминий.

Температура плавления показывает, при какой температуре металлы из твердого состояния переходят в жидкое. Самой высокой температурой плавления обладают вольфрам (3422°C) и тантал (2996°C).

Металлы и сплавы

Механические свойства металлов и сплавов

Механические свойства определяют поведение металлов и сплавов под действием внешних механических нагрузок. К ним относятся:

  1. Прочность
  2. Твердость
  3. Пластичность
  4. Упругость
  5. Вязкость
  6. Сопротивление усталости
  7. Сопротивление ползучести

Прочность - это способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Различают прочность на растяжение, сжатие, изгиб.

Твердость - устойчивость материала к внедрению в него более твердого тела. Чем выше твердость металла, тем лучше он подходит для изготовления режущего инструмента.

Пластичность - это свойство металлов необратимо деформироваться и менять форму без разрушения. Высокопластичные металлы (золото, серебро, медь, алюминий) хорошо подвергаются прокатке, ковке, прессованию.

Упругость - способность металла восстанавливать форму после снятия нагрузки. Высокой упругостью обладает, например, сталь, из которой делают пружины.

Сопротивление усталости важно при циклических и динамических нагрузках на детали машин и механизмов.

Химические свойства металлов и сплавов

Химические свойства металлов проявляются в их взаимодействии с агрессивными средами и определяют коррозионную стойкость. К химическим свойствам относят:

  • Сопротивление окислению
  • Стойкость к кислотам и щелочам
  • Инертность по отношению к неметаллам

Процесс окисления металлов кислородом воздуха называется коррозией. Наиболее устойчивы к коррозии золото, платина, титан. Они практически не взаимодействуют с кислородом при обычных температурах.

Стойкость к кислотам и щелочам важна в химической промышленности. Кислотостойкими считаются никель, хром, тантал. Щелочестойкими - никель, железо, кобальт.

Технологические свойства

Технологические свойства определяют поведение металлов в процессе их обработки давлением, резанием, литьем, сваркой и так далее. К ним относятся:

  1. Обрабатываемость резанием
  2. Обрабатываемость давлением
  3. Свариваемость
  4. Литейные свойства

Хорошая обрабатываемость резанием означает, что металл легко поддается точению, фрезерованию, сверлению и другим методам. Это важно при изготовлении деталей и инструментов.

Свариваемость характеризует способность металлов создавать прочные соединения при сварке. От свариваемости зависит качество сварных конструкций и изделий.

Литейные свойства (жидкотекучесть, усадка, склонность к образованию трещин) важны при получении отливок из металлов и сплавов.

Магнитные свойства металлов и сплавов

Металлы и сплавы

Магнитные свойства проявляются в поведении металлов в магнитном поле. К ним относятся:

  • Намагничиваемость
  • Магнитная проницаемость
  • Коэрцитивная сила
  • Остаточная индукция
  • Температура Кюри

Намагничиваемость - это способность металла намагничиваться под действием внешнего магнитного поля. По степени намагничиваемости металлы делят на ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные.

Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз магнитная индукция в металле больше, чем в вакууме при той же напряженности поля. Высокой магнитной проницаемостью обладают ферромагнитные металлы и сплавы.

Электрические свойства металлов и сплавов

К основным электрическим свойствам металлов относятся:

  • Электрическое сопротивление
  • Температурный коэффициент сопротивления
  • Сверхпроводимость

Электрическое сопротивление металлов зависит от их природы и структуры. С увеличением температуры сопротивление возрастает. Наименьшим сопротивлением обладают благородные металлы (серебро, медь, золото).

Некоторые металлы и сплавы при очень низких температурах переходят в сверхпроводящее состояние и имеют нулевое электрическое сопротивление. Это важно для создания сверхпроводящих магнитов.

Зависимость свойств от структуры и состава металлов

Свойства металлов и сплавов во многом определяются их внутренней структурой (кристаллической решеткой, размером зерен, типом дефектов) и химическим составом (основа, легирующие элементы, примеси).

Легирование, то есть добавление определенных элементов, позволяет управлять свойствами. Например, хром, никель, молибден повышают прочность и коррозионную стойкость сталей и сплавов.

Примеси серы и фосфора, наоборот, оказывают вредное влияние, делая материал хрупким и ломким.

Перспективы применения металлов и сплавов

Благодаря уникальным физическим, механическим, химическим и иным свойствам, металлы и сплавы находят широкое применение во всех областях техники, строительства, энергетики, электроники и других отраслях промышленности.

Перспективными направлениями являются создание композиционных и наноструктурных материалов с заранее заданным комплексом требуемых свойств. Это позволит расширить возможности использования металлов и сплавов в современных технологиях.

Применение металлов и сплавов в машиностроении

Благодаря высокой прочности, жаропрочности и другим механическим свойствам металлы и сплавы широко используются в машиностроении для изготовления деталей, узлов и агрегатов.

  • Подшипники качения изготавливают из высокоуглеродистых хромистых сталей
  • Валы и оси - из легированных конструкционных или инструментальных сталей
  • Зубчатые колеса и шестерни - из хромоникелевых или хромомолибденовых сталей

Широко применяются цветные сплавы на медной и алюминиевой основах, например бронзы, латуни, дюралюмины.

Применение металлов и сплавов в строительстве

В строительной отрасли используют в основном сталь и сплавы на ее основе:

  • Конструкционные стали для каркасов зданий и сооружений
  • Нержавеющая сталь для отделки фасадов и кровель
  • Арматурная сталь для железобетонных конструкций

А также цветные металлы и сплавы:

  • Медь для электропроводки и водопроводных труб
  • Алюминий для оконных и дверных профилей
  • Латунь для дверной фурнитуры

Применение металлов и сплавов в электротехнике и электронике

Благодаря высокой электро- и теплопроводности металлы широко применяются в электротехнике и электронной промышленности:

  • Медь - для изготовления кабелей и обмоток электродвигателей
  • Алюминий - для электропередач и распределительных шин
  • Вольфрам, молибден, тантал в электровакуумных и полупроводниковых приборах

Особо чистые металлы (золото, серебро, медь) используются для изготовления печатных плат и электрических контактов, благодаря их высокой электропроводности и коррозионной стойкости.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментарии 0
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.