Физические свойства металлов

Основные свойства металлов и сплавов

Металлы, обрабатываемые ковкой и штамповкой

Для ковки и объемной штамповки применяют различные деформируемые металлы и сплавы: углеродистые и легированные стали, высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, алюминий и его сплавы, магний и сплавы на его основе, медь и медные сплавы, титан и его сплавы, а также молибден вольфрам, ниобий и другие.

Деформируемые металлы и сплавы характеризуются относительно высокими эластичными свойствами. Чистые металлы обладают более высокой пластичностью, чем их сплавы. Пластичность стали, снижается с увеличением в ней углерода, кремния, марганца, серы, фосфора и легирующих элементов [Брюханов].

Для изготовления поковок широко применяют, стали – сплавы на основе железа и в меньшей степени сплавы цветных металлов на основе меди, алюминия, магния, титана и других металлов.

В обычных условиях все металлы, за исключением ртути, и сплавы являются твердыми телами, имеющими кристаллическое (зернистое) строение. Особенностями металлов являются их высокие прочность, электро- и теплопроводность.

Плотность (density) – количество вещества, содержащееся в единице объема:. Единица плотности (в СИ) – кг/м³. Плотность вещества, как правило, убывает с ростом температуры. При плавлении металла или сплава плотность скачкообразно уменьшается (исключение составляет чугун и вода, плотность которых при плавлении увеличивается).

Рис. 1. Зависимость плотности стали от температуры.

Температура плавления – температура, при которой нагреваемый металл или сплав переходит из твердого состояния в жидкое.

Удельная теплоемкость (Heat Capacity) – количество тепла, которое необходимо для повышения температуры единицы массы металла на 1ºС. Единица удельной теплоемкости (в СИ) – Дж/(кг∙К). Теплоемкость большинства материалов зависит от температуры нагрева, но не прямо пропорционально. При более точных расчетах следует делать различие между усредненной удельной теплоемкостью, обычно приводимой в справочниках, и истинной удельной теплоемкостью. Первая определяется при нагреве до заданного значения температуры, другая – при данной температуре (рис.).

Теплопроводность (Thermal Conductivity) – свойство металла проводить тепло, определяемое коэффициентом теплопроводности. Единица теплопроводности (в СИ) – Вт/(м∙К). Теплопроводность оказывает влияние на скорость выравнивания температуры по поперечному сечению заготовки. Чем больше теплопроводность, тем больше скорость выравнивания и меньше перепад температуры по сечению. Теплопроводность изменяется в процессе нагрева в зависимости от температуры детали.

Рис. 3. График изменения теплопроводности от температуры

Тепловое расширение (Thermal Expansion) – способность металла увеличивать линейные размеры и объем при нагревании, характеризуемая коэффициентами объемного - β и линейного - α расширения, град^-1. β=3α

Рис. 4. График изменения коэффициента линейного расширения стали 20 от температуры

Электропроводность – способность металла проводить электрический ток. Величина обратная электрическому сопротивлению. В СИ – сименс (См).

Удельное электросопротивление, (ρ, Ом∙м) – величина сопротивления прохождение электрического тока по металлическому проводнику, имеющему единицу длины и единицу площади поперечного сечения. Электросопротивление очень резко изменяется в зависимости от температуры. У почти всех отечественных сталей оно быстро растет до температур 950-1000°С, после которых повышение сопротивления прекращается, а у некоторых сталей после достижения максимального значения при 1000°С начинает медленно падать. Удельное электросопротивление углеродистых сталей меняется в 8-10 раз.

Дата добавления: 2014-01-20