Физические и химические свойства

Физические свойства. К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расшире­ние, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства и др.

Цветом называют способность металлов от­ражать световое излучение с определенной дли­ной волны. Например, медь имеет розово-крас­ный цвет алюминий — серебристо-белый.

Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плот­ности все металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м³) и тяжелые. Плотность имеет боль­шое значение при создании различных изделий. Например, в самолето- и ракетостроении стре­мятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий.

Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы (вольфрам 3416°С, тантал 2950°С, титан 1725°С, и др.) и легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). Темпера­тура плавления имеет большое значение при вы­боре металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектриче­ских приборов и других изделий. В единицах СИ температуру плавления выражают в граду­сах Кельвина (К).

Теплопроводностью называют спо­собность металлов передавать тепло от более на­гретых к менее нагретым участкам тела. Сереб­ро, медь, алюминий обладают большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность при­мерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для де­талей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образу­ются трещины. Некоторые детали машин (порш­ни двигателей, лопатки турбин) должны быть изготовлены из материалов с хорошей теплопро­водностью. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/ (м · К).

Тепловым расширением называют спо­собность металлов увеличиваться в размерах при нагревании и уменьшаться при охлаж­дении. Тепловое расширение характеризует­ся коэффициентом линейного расширения a=(1₂-1₁)/[1₁(t₂—t₁)], где 1₁ и 1₂ длины тела при температурах ti и t₂. Коэффициент объемного расширения равен 3а. Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горячей объемной штамповке, изготовлении литей­ных форм, штампов, прокатных валков, калиб­ров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, ук­ладке железнодорожных рельс.

Теплоемкостью называют способность ме­талла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В единицах СИ имеет размер­ность Дж/К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемко­сти — количеству тепла, выраженному в боль­ших калориях, которое требуется для повыше­ния температуры 1 кг металла на 1°С (в едини­цах СИ — Дж/ (кг- К).

Способность металлов проводить электриче­ский ток оценивают двумя взаимно противопо­ложными характеристиками — электропро­водностью и электросопротивлени­ем. Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах (См), а удельная электро­проводность — в См/м, аналогично электросо­противление выражают в омах (Ом), а удельное электросопротивление — в Ом/м. Хорошая элек­тропроводность необходима, например, для токо­несущих проводов (медь, алюминий). При изго­товлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротив­лением (нихром, константен, манганин). С по­вышением температуры металла его электропро­водность уменьшается, а с понижением — увели­чивается.

Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или маг­нитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В единицах СИ магнитная по­стоянная имеет размерность Гн/м. Высокими магнитными свойствами обладают железо, ни­кель, кобальт и их «сплавы, называемые ферро­магнитными. Материалы с магнитными свойства­ми применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.

Химические свойства. Химические свойства ха­рактеризуют способность металлов и сплавов со­противляться окислению или вступать в соеди­нение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Хими­ческое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды на­зывают коррозией.

Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для изго­товления деталей, которые эксплуатируются в зоне высоких температур.

Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по из­менению массы испытуемых образцов на едини­цу поверхности за единицу времени.

Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных из­делий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

Дата добавления: 2014-12-07