Физические свойства черных металлов

Обновлено: 17.05.2024

Металлы разделяются на цветные и черные. Черные металлы, по сути – это железо, имеющее в себе различное количество углерода, а также отличающиеся кристаллической решетки. К черным металлам относят стали и чугуны, которые в свою очередь имеют достаточно большое количество основных классов. При производстве чугунов и сталей различных типов, используют именно черные металлы, добываемые из металлических руд. В экономике металлов черные металлы составляют более 90%, а это указывает на их широкое распространение. От процентного содержания углерода зависит, какие свойства приобретет материал — чугунов или сталей. Для повышения качества черного металла, используются легирующие добавки (другие металлы и сплавы, а также химические элементы), которые улучшают свойства сплавов и придают им нужный оттенок характеристик в зависимости от его применения. Распространенными легирующими добавками являются:

Классификация черных металлов

В большинстве случаев, классификация черных металлов построена на основании разделения элементов по их химическому составу и свойствам. Содержание легирующих элементов определяет железо и его сплав. В свою очередь, определенное процентное содержание углерода в сплаве указывает что это — чугун или сталь. Так чугуны содержат более 1,7% углерода, а стали от 0,2 до 1,7% углерода. Классификация черных металлов подразумевает разделение на следующие классы:

железные металлы;
тугоплавкие;
урановые;
щелочноземельные;
редкоземельные.

Также классификация черных металлов подразумевает отделение сталей легированных и нелегированных, которые еще называют углеродистыми. К углеродистым сталям относятся стали, в которых углерод является основным компонентом, при этом примеси на свойства металла не оказывают особого значения. Легированные имеют в наличие один или несколько легируемых элементов, которые оказывают огромное влияние на свойства стали. /Легированные стали очень широко применяется для изготовления ответственных деталей, несущих большую нагрузку, испытывающих разный температурный режим, сильное фрикционное воздействие. Применение такой стали распространенно в машиностроении, тракторостроении, тяжелой промышленности и в других областях.

Россия

Беларусь

Молдова

Виды черных металлов

Виды черных металлов из стали имеют большое применение. Однако все виды стали по себе разные и имеют свое предназначение, и область применения. Также различные виды черных металлов, в частности стали, пройдя термообработку, приобретают отличительные свойства. Многие сплавы хорошо поддаются прокатке, прессованию, успешно льются. Другие достаточно мягкие и их можно обработать вручную. Такие виды черных металлов как нержавеющая сталь, обладая нужными легирующими элементами, имеют очень высокую стойкость к коррозии, большую твердость и прочность. Данный вид стали успешно применяют в пищевой промышленности, медицине, для изготовления бытовых предметов, для производства турбин и др. Еще одним видом черного металла является чугун. Чугун – это сплав железа с углеродом и его содержание больше чем в стали. Так как чугун имеет хорошие литейные свойства, то его в основном используют для литых деталей. Чугун подразделяется на виды:

Литейный чугун используют для литья, этому хорошо способствует пластинчатый графит. Ковкий — обладает замечательной пластичностью, хорошо поддается ковке, откуда и взято название. Отдельные виды черного металла, к примеру, чугун шаровидным графитом, благодаря своей структуре шаровидного состояния, применяют в изготовлении деталей, имеющие очень высокое качество.

Ремонт скважин частичный или капитальный, в зависимости от степени неисправности. Иногда достаточно просто очистить скважину или заменить насос, чтобы устранить проблему. В сложных ситуациях требуется более полная диагностика и выявление причин неисправности в работе скважины и водоподающего оборудования.

Физические, химические, механические и технологические свойства металлов

Металлические изделия и детали используются в разных сферах промышленности. Существует множество видов металлов и каждый из них обладает сильными и слабыми сторонами. При изготовлении деталей для машин, самолётов или промышленного оборудования мастера обращают внимание на характеристики материала. Поэтому требуется знать свойства металлов и сплавов.

Свойства металлов и сплавов

Классификация металлов

Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.

Черные

Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:

Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.

Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.

Цветные

Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:

Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.

Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.

Свойства металлов (стр. 1 из 2)

Свойства металлов.

1.Основные свойства металлов.

Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.

К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширяемость при нагревании.

К химическим – окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

К механическим – прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

К технологическим – прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариемость, обрабатываемость резанием.

1. Физические и химические свойства.

Цвет. Металлы непрозрачны, т.е. не пропускают сквозь себя свет, и в этом отраженном свете каждый металл имеет свой особенный оттенок – цвет.

Из технических металлов окрашенными являются только медь (красная) и ее сплавы. Цвет остальных металлов колеблется от серо- стального до серебристо – белого. Тончайшие пленки окислов на поверхности металлических изделий придают им дополнительные окраски.

Удельный вес. Вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах, называется удельным весом.

По величине удельного веса различают легкие металлы и тяжелые металлы. Из технических металлов легчайшим является магний ( удельный вес 1,74), наиболее тяжёлым – вольфрам (удельный вес 19,3). Удельный вес металлов в некоторой степени зависит от способа их производства и обработки.

Плавкость. Способность при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое является важнейшим свойством металлов. При нагревании все металлы переходят из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении расплавленного металла – из жидкого состояния в твердого. Температура плавления технических сплавов имеет не одну определённую температуру плавления, а интервал температур, иногда весьма значительный.

Электропроводность. Электропроводность заключается в переносе электричества свободными электронами. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. При повышении температуры электропроводность металлов падет, и при понижении – возрастает. При приближении к абсолютному нулю (- 2730С) электропроводность беспредельно металлов колеблется от +2320 (олово) до 33700 (вольфрам). Большинство увеличивается (сопротивление, падает почти до нуля).

Электропроводность сплавов всегда ниже электропроводности одного из компонентов, составляющих сплавов.

Магнитные свойства. Явно магнитными (ферромагнитьными) являются только три металла: железо, никель, и кобальт, а также некоторые их сплавы. При нагревании до определённых температур эти металлы также теряют магнитные свойства. Некоторые сплавы железа и при комнатной температуре не являются ферромагнитными. Все прочие металлы разделяются на парамагнитные (притягивают магнитами) и диамагнитные (отталкиваются магнитами).

Теплопроводность. Теплопроводность называется переход тепла в теле от более нагретого места к менее нагретому без видимого перемещения частиц этого тела. Высокая теплопроводность металлов позволяет быстро и равномерно нагревать их и охлаждать.

Из технических металлов наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплопроводность железа значительно ниже, а теплопроводность стали меняется в зависимости от содержания в ней компонентов. При повышении температуры теплопроводность уменьшается, при понижении – увеличивается.

Теплоёмкость. Теплоёмкость называется количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 10.

Удельной теплоемкостью вещества называется то количество тепла в килограмм – калориях, которое нужно сообщить 1кг вещества, чтобы повысить его температуру на 10.

Удельная теплоёмкость металлов в сравнении с другими веществами невелика, что позволяет относительно легко нагревать их до высоких температур.

Расширяемость при нагревании. Отношение приращения длины тела при его нагревании на 10 к первоначальной его длине называется коэффициентом линейного расширения. Для различных металлов коэффициентом линейного расширения колеблется в широких пределах. Так, например, вольфрам имеет коэффициент линейного расширения 4,0·10-6 , а свинец 29,5 ·10-6.

Коррозионная стойкость. Коррозия есть разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия его с внешней средой. Примером коррозии является ржавление железа.

Высокая сопротивляемость коррозии (коррозионная стойкость) является важным природным свойством некоторых металлов: платины, золота и серебра, которые именно поэтому и получили название благородных. Хорошо сопротивляются коррозии также никель и другие цветные металлы. Черные металлы коррозируют сильнее и быстрее, чем цветные.

2. Механические свойства.

Прочностью металла называют его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.

Упругостью металла называется его свойство востонавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы(деформацию.)

Вязкость называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости.

Пластичность.

Пластичностию называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство, обратное упругости.

В табл. 1 приведены свойства технических металлов.

Свойства технических металлов.

3. Значение свойств металлов.

Механические свойства.

Первое требование, предъявляемое ко всякому изделию, — это достаточная прочность.

Металлы обладают более высокой прочностью по сравнению с другими материалами, поэтому нагруженные детали машин, механизмов и сооружений обычно изготовляются из металлов.

Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать ещё особыми свойствами, характерными для работы данного изделия. Так, например, режущие инструменты должны обладать высокой твердостью. Для изготовления режущих других инструментов применяются инструментальные стали и сплавы.

Для изготовления рессор и пружин применяются специальные стали и сплавы, обладающие высокой упругостью

Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергается ударной нагрузке.

Пластичность металлов дает возможность производить их обработку давлением (ковать, прокатывать).

Физические свойства.

В авиа-, авто- и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и особенно магния являются здесь незаменимыми. Удельная прочность( отношение предела прочности к удельному весу) для некоторых, например алюминиевых, сплавов выше, чем для мягкой стали.

используется для получения отливок путём заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы(например, свинец) используются в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют столь низкую температуру плавления, что расплавляется в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки типографических матриц, в приборах, служащих для предохранения от пожаров.

Металлы с высокой электропроводностью

(медь, алюминий) используются в электромашиностроении, для устройства линий электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением – для ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Магнитные свойства

металлов играют первостепенную роль в электромашиностроении (динамомашины, мотора, трансформаторы),для приборов связи ( телефонные и телеграфные аппараты) и используются во многих других видах машин и приборов.

Теплопроводность

металлов дает возможность производить их физические свойства. Теплопроводность используется также при производстве пайки и сварки металлов.

Некоторые сплавы металлов имеют коэффициент линейного расширения

, близкий к нулю; такие сплавы применяются для изготовления точных приборов, радиоламп. Расширение металлов должно применяться во внимание при постройке длинных сооружений, например, мостов. Нужно также учитывать,что две детали, изготовленные из металлов с различным коэффициентом расширения и скрепленные между собой, при нагревании могут дать изгиб и даже разрушение.

Химические свойства.

Коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в сильно окислительных средах (колосниковые решётки, детали химических машин и приборов). Для достижения высокой коррозионной стойкости производят специальные нержавеющие, кислостойкие и жаропрочные стали, а также применяются защитные покрытия.

Основные виды сплавов

Человечество знакомо с различными металлическими сплавами. Самыми многочисленными из них являются соединения на основе железа. К ним относятся ферриты, стали и чугун. Ферриты имеют магнитные свойства, в чугуне содержится более 2,4% углерода, а сталь — это материал с высокой прочность и твердостью.

Отдельное внимания требуют металлические сплавы из цветных металлов.

Производство стали

Цинковые сплавы

Соединения металлов, которые плавятся при низких температурах. Смеси на основе цинка устойчивы к воздействию коррозийных процессов. Легко обрабатываются.

Алюминиевые сплавы

Популярность алюминий и сплавы на его основе получили во второй половине 20 века. Этот материал обладает такими преимуществами:

Устойчивость к низким температурам.
Электропроводность.
Малый вес заготовок в сравнении с другими металлами.
Износоустойчивость.

Однако нельзя забывать про то, что алюминий плавится при низких температурах. При температуре около 200 градусов характеристики ухудшаются.

Алюминий применяется при изготовлении комплектующих к машинам, производстве деталей для самолётов, составляющих промышленного оборудования, посуды, инструментов. Не многие знают, что алюминий популярен в сфере производства оружия. Связано это с тем, что детали из алюминия не искрят при сильном трении.

Чтобы увеличить прочность детали, алюминий смешивают с медью. Чтобы заготовка выдерживала давление — с марганцем. Кремний добавляют, чтобы получить обычную отливку.

Алюминий. Сплавы алюминия. Алюминиевые рамы для велосипеда.

Медные сплавы

Сплавы на основе меди — марки латуни. Из этого материала изготавливаются детали высокой точности, так как латунь легко обрабатывать. В составе сплава может содержаться до 45% цинка.

Свойства сплавов

Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.

Двигатель внутреннего сгорания

Физические свойства

Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:

Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.

Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.

Химические свойства

Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:

Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.

Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.

Механические свойства

Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:

прочность;
твердость;
пластичность;
вязкость;
хрупкость;
устойчивость к механическим нагрузкам.

Технологические и химические свойства твердых металлов

К технологическим свойствам относятся свариваемость, жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием, пр. От этих особенностей зависит возможность осуществления каких-либо операций, так как они влияют на пригодность металла к обработке определенными способами.

Свариваемость позволяет добиваться надежных сварных соединений без трещин и иных дефектов, в том числе на прилегающих к шву участках. В некоторых случаях металл может подходить для сварки одним методом, но давать некачественный результат при смене технологии. Так, элементы из дюралюминия удовлетворительно скрепляются при помощи точечной сварки, чего не скажешь о соединении методом газовой сварки. На чугуне получаются хорошие швы за счет газовой сварки с подогревом и слабые при дуговой.

Жидкотекучесть – это свойство, которое дает возможность заливать горячие металлы и их сплавы в литерную форму.

Ковкость, то есть свойство твердых металлов и сплавов изменять форму под действием давления.

Обрабатываемость резанием позволяет относительно легко работать с металлом острым режущим инструментом: резцом, фрезой, пр. Данное свойство очень важно на таких этапах механической обработки, как резание, фрезерование, пр.

Под химическими свойствами понимают способность металлов вступать в реакцию с другими веществами, в том числе, с кислородом. Если металл быстро реагирует с вредными для него элементами, это приводит к быстрой потере им свойств. Разрушение металлов под действием окружающей среды – это коррозия. Отрицательно сказываться на состоянии материала могут воздух, влага, растворы солей, кислот, щелочей. Для защиты изделий от всех перечисленных факторов используют специальные нержавеющие, кислотостойкие и другие виды сталей.

Свойства черных и цветных металлов

Приступая к изготовлению какого-либо изделия, вы должны правильно выбрать наиболее подходящий для него материал. Как вы знаете, металлы в технике применяют не в чистом виде, а в виде сплавов. Сплавы получают путем смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определенном соотношении. Правильный выбор подходящего для вашего изделия металла или сплава можно сделать, зная его свойства.

Каждый металл и сплав обладает определенными механическими и технологическими свойствами.

К механическим свойствам относят прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит они обладают достаточной прочностью.

Твердость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого материала. Например, если на стальную и медную пластины нанести лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после устранения внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре ее поместить небольшой груз, то она прогнется на некоторую величину, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это показывает, что материал линейки обладает упругостью.

Вязкость — свойство тел поглощать энергию при ударе.

Пластичность — способность изменять форму под действием внешних сил не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности.

Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму и получать плотные отливки.

Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различными инструментами.

Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии.

Все металлы и сплавы подразделяют на черные и цветные. К черным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.

Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом — гораздо более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2%, то такой сплав называется сталью. Если углерода от 2 до 4%, то это — чугун.

Сталь не только прочный, но и пластичный материал, хорошо поддающийся механической обработке. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций, а добавляя в сталь хром, вольфрам и другие металлы, получают очень твердые инструментальные стали, из которых изготавливают режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун обладает очень хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают качественные и сложные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

Из цветных сплавов наибольшее распространение в технике получили латунь, бронза, дюралюминий.

Латунь — сплав меди с цинком желтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твердостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности и в электротехнике.

Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, желто-красного цвета. Имеет высокую прочность, твердость, хорошо обрабатывается резанием и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колес, для отливки художественных изделий (скульптур, украшений и других элементов), в электротехнике.

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо обрабатывается, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Черные металлы и их сплавы.

Химический состав сырья и материалов, используемых для производства непродовольственных товаров, имеет свои особенности.

Непродовольственные товары изготавливаются из минеральных материалов: стекло, керамика, металлы, минеральные вяжущие вещества; и органических материалов: пластмассы, древесина, резина, волокнистые вещества.

В промышленном материаловедении материалы делятся на металлически и неметаллические. Металлические материалы делятся н металлы черной металлургии (стали, чугуны, ферросплавы и сплавы на основе железа, легированные цветными металлами) и материалы цветной металлургии (алюминий, цинк, свинец, олово, никель и сплавы на их основе и благородные металлы).

Неметаллические материалы: стекло, керамика, древесина, волокнистые материалы и т.д. Часть материалов имеет природное происхождение: древесина, растительные и животные волокна, шкуры, песок, камень, глины. Часть искусственное: стекло, керамика. Часть синтетическое: пластмассы.

Металлические материалы

Используются для изготовления металлохозяйственных товаров, а это посуда, ножевые изделия, столовые приборы и принадлежности, приборы, облегчающие домашний труд, инструменты, садово-огородный инвентарь, и ювелирных товаров, строительных материалов (приборы для окон и дверей, крепежные изделия, конструкционные элементы), при производтве транспортных средств (велосипедов, мопедов, мотоциклов, автомобилей, лодок катеров).

Металлы – химические элементы, характеризующиеся в твердом состоянии внутренним кристаллическим строением. Они имеют характерный блеск, непрозрачны, при деформации пластичны, характеризуются теплопроводностью и электропроводностью.

Черные металлы и их сплавы.

Железо – один из наиболее распространенных в природе металлов. Технически чистое железо это серебристо-белый тугоплавкий пластичный металл с высокой прочностью. Процесс обработки железа от примесей достаточно дорогой, поэтому и производство товаров из железа не велико. Более распространены железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны.

Стали – содержат углерода не более 2.14%, а чугуны – свыше.

Стали по химическому составу подразделяются на углеродистые и лигированные.

Углеродистые стали кроме углерода содержат в небольших количествах только неизбежные примеси – кремний, марганец, серу, фосфор.

В легированные стали входят, кроме этого, добавки цветных металлов: хрома, никеля, молибдена, ванадия, вольфрама и т.д. Химический состав существенно влияет на свойства стали и ее применение в производстве.

С увеличением концентрации углерода возрастают твердость и хрупкость стали. Поэтому практическое применение находят стали с содержанием углерода около 1.3%.

Кремний – повышает твердость и повышает упругие свойства металла. Включают в состав стали до 2%. Изготовляют рессоры, пружины для транспортных средств.

Марганец – увеличивает твердость и прочность стали, ее износостойкость. Изготавливают металлоинструмент – пилы.

Сера и фосфор – вредные примеси. Сера вызывает красноломкость (растрескивание металла при механической обработке в горячем состоянии), ухудшает пластичность и снижает коррозионную стойкость стали. Фосфор вызывает хладноломкость стали, т.е. растрескивание при механическом воздействии на сталь в холодном состоянии.

Хром – увеличивает твердость и износостойкость стали. При содержании хрома более 13% сталь приобретает стойкость к коррозии. Из такой сравнительно недорогой стали изготовляют ножи и столовые приборы.

Никель – упрочняет сталь, повышает ее ударную вязкость и снижает хладноломкость. При совместном введении в сталь хрома и никеля сплав приобретает жаропрочность и высокую коррозионную стойкость в кислой среде. Отсюда, хромоникелевые сплавы применяют для производства посуды и столовых приборов.

Молибден, ванадий и вольфрам – придают стали высокую твердость и красностойкость, даже при нагреве «докрасна». Используют для изготовления металлорежущих инструментов и резцов.

Углеродистые стали в зависимости от наличия углерода подразделяют на конструкционные (углерода не более 0,75%) и инструментальные (до 1.3%).

Конструкционные стали используют при изготовлении посуды, приборов для окон и дверей, крепежных изделий, нагревательных и осветительных приборов. Инструментальные стали применяются при изготовлении инструментов, ножей, ножниц и т.д. В зависимости от содержания вредных примесей (серы и фосфора) различают углеродистые стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Стали обыкновенного качества: содержание вредных примесей не ограничивается (группа А); или содержание каждого до 0,07% (группы Б и В).

Качественные - содержание каждого – не более 0,04%.

Высококачественные – содержание серы не более 0,02% и фосфора не более 0,03%.

Отрицательно влияет на свойства стали кислород. Он вызывает красноломкость, снижает пластичность и вязкость металла. Поэтому в процессе получения сталь раскисляют («отбирают» у железа кислород) добавками марганца, алюминия и кремния.

По степени раскисления сталь делят на: спокойную (сп) – она раскислена полностью; полуспокойную (пс) – раскислена меньше; кипящую (кп) – раскислена не полностью, при разливке она кипит (выделяет кислород).

Спокойная сталь – однородная, плотная, отличается высокими механическими свойствами. Полуспокойная сталь – занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей. В кипящей стали много мелких раковин, которые снижают ее прочностные показатели, но выход металла больше, и он дешевле, а при прокатке мелкие раковины запаивают.

Кипящая сталь отличается пластичностью, содержит минимальное количество кремния и марганца, ее раскисляют только алюминием.

Изготовляют из кипящей стали методом штамповки: стальную посуду, корпуса бытовой газовой аппаратуры, холодильников и т.д.

А вот спокойную и полуспокойную сталь применяют там, где сплав при эксплуатации подвергается большим нагрузкам: инструменты, ножи, детали бытовых машин и т.д.

Легированные стали подразделяются по назначению на конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами.

Конструкционные используются в производстве ответных деталей машин (совместимые друг с другом), когда требуется сочетание прочности, твердости, износостойкости и пластичности, вязкости.

Из легированных инструментальных сталей изготовляют такие металлообрабатывающие инструменты: сверла, ножовочные полотна, напильники, метчики, плашки (для нарезания резьбы).

К сталям с особыми свойствами относятся коррозионностойкие или нержавеющие, жаропрочные, износостойкие и т.д. Для товаров народного потребления из этой категории используют нержавеющие стали: посуда, ножи, столовые приборы, лезвия и т.д.

Чугун – вырабатывают выплавкой из железных руд в доменных печах.

По назначению чугуны подразделяются на передельные (из которых «переделывают» в сталь), литейные, высокопрочные, ковкие, легированные. Для производства товаров народного потребления: посуда, замки, мясорубки, печные приборы, радиаторы отопления – используют серый литейный чугун. Изделия из чугуна дешевле аналогичных из стали или цветных металлов, но очень хрупок. Этот недостаток необходимо учитывать при хранении, транспортировке и эксплуатации изделий из чугуна. СЧ 12-28 – серый чугун, первые две цифры предел прочности при растяжении, вторые – при изгибе.

Цветные металлы и сплавы – наиболее часто применяются в производстве непродовольственных товаров: алюминий, медь, цинк, никель, хром, олово, серебро, золото, платина и их сплавы.

Алюминий – белый серебристый металл с малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью к атмосферным воздействиям и пресной воде, нетоксичен, пластичный, с высокой тепло- и электропроводностью. Но уступает в прочности и жесткости черным металлам, нестоек к кислой и щелочной среде (посуда из алюминия не используется для солений и маринадов, а также для хранения кисломолочных продуктов).

Из алюминия изготовляют упаковочный материал фольгу, электрические провода, детали бытовых холодильников, посуду. Но технически чистый алюминий не употребляют, а используют его сплавы. Все сплавы алюминия делятся по способу переработки их в изделия: деформируемые и литейные.

Деформируемые, перерабатываемые методом давления. Они, в свою очередь, бывают не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Не упрочняемые сплавы почти такие же, как технически чистый алюминий, но они имеют высокую пластичность и коррозионную стойкость. Их используют для баков стиральных машин (вместо нержавеющей стали) и посуды 9бидонов, кастрюль, чайников, кофейников), методом глубокой вытяжки. Эти сплавы могут быть получены сплавлением алюминия с марганцем АМц и с магнием АМг. Наиболее распространенный упрочняемый сплав – дюралюмин – медь, магний, марганец. По механическим свойствам он близок к углеродистой конструкционной стали, но меньшую коррозионную стойкость. Для защиты от коррозии его покрывают чистым алюминием – плакируют. Этот сплав используют как конструкционный материал - для изготовления мебели с металлическим каркасом, спортивного инвентаря.

Литейные сплавы алюминияполучают на основании системы алюминий + кремний. Их называют силуминами, и используют для отливки деталей сложной конструкции, для которых не обязательны высокие механические свойства (художественно-декоративные изделия, дверные ручки, чайники). Для изделий с более высокими прочностными показателями используют сплавы с медью, марганцем и магнием: замки, мясорубки, посуда, столовые приборы, детали инструментов).

Сплав, изготовленный из металлолома и отходов, называется вторичным литейным сплавом алюминия.

Сплав, содержащий не более 0,15% свинца 0,015% мышьяка и 0,3% цинка называется пищевым и применяется для изготовления изделий, соприкасающихся в процессе эксплуатации с пищей: посуда, кухонные принадлежности, столовые приборы, мясорубки, соковыжималки, шинковки).

Медь – розово-красный металл, тяжелый, эластичный, с высокой тепло- и электропроводностью. Она хорошо противостоит коррозии на воздухе, но во влажной среде и в атмосфере, загрязненной промышленными выбросами, быстро тускнеет, покрывается зеленым налетом, при этом образуются очень токсичные соединения. Широко используется ля изготовления электрических проводов, шнуров, контактов. На ее основе получают многочисленные сплавы, объединенные в две группы – латунь и бронзу.

Латуни - это сплавы меди с цинком.

К никелевым латуням относят мельхиор и нейзильбер. Обычные латуни могут содержать до 50% цинка, с возрастанием концентрации цинка возрастает прочность сплава при сохранении достаточной пластичности. Из латуни методом глубокой вытяжки изготовляют чайники, кофейники, самовары, охотничьи гильзы.

Бронзы – сплав меди с другими элементами. Наиболее распространены оловянные бронзы (олова до11%). Они обладают хорошими литейными свойствами и малой усадкой при затвердевании и охлаждении. Методом литья из нее изготовляют: подсвечники, статуэтки, барельефы, дверные ручки, краны, вентили. Вводят также 5-10% цинка – для удешевления, 3-5% свинца – для уменьшения хрупкости, и до 1% фосфора – для облегчения обрабатываемости резцом.

Цинк – светло-серый с синеватым оттенком металл, легкоплавкий, хрупкий. Используют для нанесения защитных покрытий на стальную посуду получаются сплавы с хорошими дверей. Цинковые покрытия образуют плотную защитную пленку при повышенной влажности. Но при воздействии на оцинкованное покрытие щелочей, кислоты или горячей воды образуются токсичные вещества. При легировании цинка алюминием получают сплавы с хорошими литейными свойствами, но не очень прочные. Для придания им прочности вводят 3,5% меди. Эти сплавы используют для отлива замков, ручек, ножей, вилок.

Никель – серебристый с желтоватым оттенком металл, очень пластичный, тяжелый, с высокими механическими свойствами. Хорошо поддается полировки и имеет высокую степень блеска. Никель противостоит коррозии на воздухе, в воде и растворах кислот. Поэтому активно используют в защитно-декоративных покрытиях столовых приборов, приборов для окон и дверей, инструментов, посуды, велосипедов, металлической мебели и т.д. Сплавы никеля с хромом – нихромы – используют при изготовлении электротоваров. Они отличаются высоким электрическим сопротивлением и окалиностойкостью, используют для изготовления электронагревательных элементов электроплиток, утюгов, чайников.

Хром – твердый, тугоплавкий, серебристо-синеватый металл с очень высокой коррозионной стойкостью. Применяют для получения защитно-декоративных покрытий, обеспечивающих повышенную износостойкость деталей инструментов, приборов для окон и дверей, автомашин, велосипедов, мотоциклов, часов.

Олово – серебристый легкоплавкий металл мягкий и пластичный. Имеет высокую коррозионную стойкость и безвредность, используется как покрытие для латунной и стальной посуды, чугунных мясорубок, консервных банок, крышек для консервирования. Но это покрытие легко царапается, а при минусовых температурах осыпается и это необходимо учитывать при транспортировании, хранении и эксплуатации изделий покрытых оловом. Олово легкоплавкий металл - его применяют для паяния или в составе припоя олово-свинец.

Благородные (драгоценные) металлы и сплавы используют для производства ювелирных, художественно0декоративных и электронных товаров. К этой группе относятся серебро, золото, платина и металлы платиновой группы – палладий, рутений, родий, иридий, осмий. Для бытовых ювелирных изделий используют в основном серебро, золото, платину.

Серебро обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, пластичностью, хорошей отражающей способностью. Оно устойчиво к действию воды, соляных и органических кислот, но растворяется в азотной кислоте. Серебро используют для защитно-декоративного покрытия, изготовления ювелирных изделий, припоев, светочувствительных материалов, контактов приборов и т.д.

Золото металл ярко-желтого цвета с сильным блеском, тяжелый, но мягкий и пластичный. Золото имеет высокую химическую прочность к действию атмосферы, воды при высоких и низких температурах, к кислотам, щелочам, но растворяется в «царской водке» (смесь соляной и азотной кислоты), бромной и хлорной воде. Ювелирные изделия изготавливают не из чистого золота, так как оно очень мягкое, а из сплавов золота с медью, серебром, палладием (белое золото).

Платина - белый металл с сероватым оттенком, имеет высокую плотность и температуру плавления. Обладает высокой твердостью, но меньшей пластичностью. Для повышения прочности ее сплавляют с металлами платиновой группы: родием, иридием, палладием, а также золотом, серебром и медью. В ювелирном деле платина применяется 950 пробы при изготовлении украшений, а также в качестве оправы для бриллиантов, так как у платины одинаковый коэффициент расширения с алмазом и бриллиант в оправе из платины дает лучший блеск.

Читайте также: