Металл с самой высокой пластичностью

Обновлено: 17.05.2024

Перед тем, как выяснить, какому элементу из периодической таблицы Менделеева присвоено звание «самый пластичный металл», нужно четко понимать, что же такое пластичность. Это одно из физических свойств, связанных со строением металла.

Пластичность – это способность принимать новую форму, при этом не вызывая разрыв ионных связей. На практике результатом пластичности является хорошая ковкость, благодаря чему металлы могут использоваться в промышленности, медицине, электротехнике и хозяйстве. Из 126 элементов периодической таблицы, золото признано самым пластичным металлом. Благодаря сегодняшним технологиям его можно вытянуть в тончайшую нить, которая не будет заметна человеческому глазу.

Сплав магния и наночастиц для сверхлегких самолетов

Разработанный на основе магния и кремния металл взял лучшие свойства от своих «родителей»: плотность и легкость — от магния, твердость — от кремния. Совместить эти качества в одном материале удалось благодаря особой технологии производства — карбидокремниевые наночастицы не смешиваются с магнием, а распыляются в него. Именно поэтому готовый металл прочный и пластичный, но одновременно устойчив к воздействию высоких температур.

Исследователи рассчитывают, что их изобретение найдет применение в самолето- и автомобилестроении, также материал планируют использовать в производстве медтехники и электроники.

Так выглядит поверхность нового металла под микроскопом.

Купола в России кроют чистым золотом…

Несмотря на многовековую историю золотодобычи, этот металл всегда относился к редким и драгоценным. Это самый пластичный металл. Это качество делает применение золотой фольги для декоративной отделки элементов интерьера или даже для покрытия церковных куполов рентабельным. Для покрытия большой площади требуется очень немного драгоценного металла: 1 грамм пластинки может быть раскован в лист площадью 1 м2.

Даже ручной способ получения листов для золочения дает возможность добиться толщины в тысячную долю миллиметра. Такая толщина позволяет золотым пластинкам держаться на поверхности за счет молекулярного притяжения. Технология получения сусали значительно усовершенствовалась. Теперь для расплющивания золотых листов применяются роботизированные линии, но в основе процесса – высокая пластичность исходного материала.

Мягкое, вязкое и прочное

По шкале твердости Мооса у золота показатель — 2,5–3,7. В чистом виде этот металл значительно мягче многих широко распространенных материалов и царапается ножом или даже ногтем. Поэтому, чтобы избежать быстрого износа золотых изделий, в металл для их изготовления добавляют специальные упрочняющие лигатурные элементы, обычно серебро или медь. Существуют у золота и вредные примеси. Самый пластичный металл в таблице Менделеева в присутствии свинца, платины, кадмия или серы становится хрупким.

Мягкость золота особого характера, она дополняется его вязкостью и тягучестью. Удобство формовки и технологической обработки деталей дополняется высокими показателями прочности на растяжение – 3300 кг/см2. Такое уникальное сочетание физико-механических характеристик золота используется с давних времен. Пример – сусальное золото.

Металлы. Самый пластичный металл Самый не пластичный металл в таблице менделеева

Прежде чем выяснять какой элемент из таблицы Менделеева соответствует званию «самый пластичный металл», следует определиться с понятием пластичности. Это физическое качество, связанное с особенностями строения вещества.

Пластичностью называют способность к деформации без разрыва связей между переместившимися ионами. Практическим результатом данного качества является высокая ковкость, что позволяет использовать металл в хозяйственной деятельности. Из всех элементов, присутствующих в таблице Менделеева, наиболее пластичным признается золото. С помощью современных технологий его легко вытягивают в тончайшие нити, невидимые человеческому глазу.

Впрочем, не имея должного оборудования, ушедшие поколения превосходно освоили способ проковки металла в «Сусальное золото», лист, достигавший в толщине всего несколько микрон. Подобный лист был полупрозрачным, играющим желтыми оттенками при достаточно ярком освещении, а при проходящем свете давал синевато-зеленоватые всполохи.

Мягкое чистое золото имеет желтый цвет. Но, в ювелирной промышленности чаще используют сплавы с добавлением меди, которая и придает им характерный красноватый оттенок. В особо тонком плетении золото способно окрашиваться в изумительную зеленоватую гамму. Это действительно невероятно красивый металл, с помощью которого мастера создают поистине восхитительные предметы.

Несмотря на свою мягкость, золото обладает достаточно высокой плотностью. Это качество существенно облегчает работу по его добыче. Используют простейшие технологии промывки, чтобы отделить вещество от прочей породы. Золото может причинить существенный вред здоровью человека, так как способно накапливаться в печени, селезенке, почках. В то же время официальная медицина использует золото для создания фармакологических органических соединений, необходимых при лечении ревматоидного артрита либо ряда аутоиммунных заболеваний.

Золото не только наиболее ценный пластичный металл. Ему по праву принадлежит и слава самого кровавого. Мифология многих народов упоминает о тайных кладах и забытых сокровищницах. Наиболее известным примером «золотой бойни» может до сих пор служить трагедия инков. Известно, что изначально в планы Кортеса не входило уничтожение древней цивилизации. Однако увиденное в Новом Свете вскружило завоевателю голову. Знаменитый храм Куриканча, стены которого были выполнены из пластин чистого золота, а пол из серебра, не оставил испанцев равнодушными. Считается, что в этом храме на тот момент были собраны крупнейшие запасы драгоценного металла во всем мире! Даже растения в саду были выполнены из чистого золота. Впрочем, завоевателям удалось вывезти в Севилью лишь часть обнаруженного богатства, прочее золото бесследно исчезло. Хотя, сложно назвать скромной добычу, которую перевозили в Севилью на 4-х кораблях. Инки заплатили кровью за сохранение тайны. До сих пор их секрет остается неразгаданным.

Пластичный и мягкий металл, невероятно красивый и опасный, золото постоянно внушает страстный трепет, желание обладать. С веками его ценность не становится ниже. Золото также приводит в восторг и заставляет сердца биться чаще.

Металлы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

6 элементов в группе щелочных металлов,
6 в группе щёлочноземельных металлов,
38 в группе переходных металлов,
11 в группе лёгких металлов,
7 в группе полуметаллов,
14 в группе лантаноиды + лантан,
14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,
вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.

В астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия

Характерные свойства металлов

Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)
Хорошая электропроводность
Возможность лёгкой механической обработки
Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)
Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
Большая теплопроводность
В реакциях чаще всего являются восстановителями.

Физические свойства металлов

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.

Характеристика металлов IIA группы

Элементы IIA группы — Ве, Mg, Са, Sr, Ва, Ra. Радий — радиоактивный элемент. Электронное строение атомов IА и IIА групп имеет много общего. Повторяется конфигурация энергетических уровней инертного газа из предыдущего периода, дополненная двумя s-электронами на последнем уровне. Например, электронная конфигурация Са (Ar)4s2.

Радиус атомов возрастает сверху вниз от 0,112 у бериллия до 215 нм у стронция. Электроотрицательность выше, чем у щелочных металлов. ЭО бериллия — 1,57, магния — 1,31, кальция — 1, стронция — 0,95. Щелочноземельные металлы проявляют валентность II(+), степень окисления +2. Образуют двухзарядные катионы, например, Са2+.

Все щелочноземельные металлы при комнатной температуре — твердые вещества. Цвет серый или темно-серый, блеск металлический. Стронций режется ножом, кальций с трудом, магний твердый.

Общие признаки:

относятся к s-элементам;
на внешнем электронном слое по 1 и по 2 электрона;
в свободном состоянии в периоде не встречаются;
все металлы серебристо-белого цвета;
имеют низкие температуры кипения и плавления

Внутри групп существуют различия в химических свойствах. Например, бериллий и магний больше напоминают алюминий, отличаются от кальция и бария. Щелочноземельные металлы в химических реакциях с окислителями легко отдают валентные электроны и превращаются в двухзарядные катионы. Химическая активность повышается от бериллия к радию.

Способы получения

Технологию выплавки легких металлов отработали к середине 19 века.

Для их получения в металлургии используется три способа:

Электролиз расплава солей. То есть аккумуляция на электродах компонентов растворенных либо других веществ. Реакцию запускает электрический ток, пропускаемый через раствор либо расплав электролита.
Металлотермия. Восстановление из их соединений другими, более активными металлами. Процесс проходит при повышенных температурах.
Электротермия. Материал нагревается, затем расплавляется теплом, полученным из электрического тока.

Производство легких элементов – весьма энергоемкий процесс. Поэтому металлургические комбинаты располагают поближе к источникам энергии.

В отличие от тяжелых металлов: их базовые предприятия привязывают к месторождению.

Ценностью легких, особенно цветных металлов, обусловлен второй способ получения – переработка лома.

Вода, огонь…земля? И немного о пластичных металлах.

Классификация

Каждый представитель «легкой» группы относится еще к какому-нибудь сообществу.

Основанием становится не плотность, а другие физико-химические характеристики:

Щелочные элементы – литий.
Щелочноземельные – бериллий, магний.
Цветные металлы – алюминий, титан, магний.
Легкоплавкие – висмут, галлий, кадмий, таллий, индий.
Тугоплавкие – титан, магний.

Каждый химический элемент наделен специфическими свойствами, присущими своей группе.

Золотая нить

Способность золота выдерживать растягивающее усилие без разрыва известно с самого начала его коммерческого использования. Изготовление такой проволоки для ювелирных изделий было налажено еще в античные времена — древние мастера уже знали, какой металл самый пластичный. В середине XX века производили микропровод с золотым сердечником, который даже с пластиковой изоляцией был в 7 раз тоньше человеческого волоса. Из 1 грамма металла вытягивали непрерывную золотую нить длиной около 3,5 км.

Сегодняшние технологии довели толщину золотой проволоки до нескольких микрон, дальнейшее освоение технологических достоинств металла продолжается.

Как представлены в природе

На легкий металлический сегмент приходится пятая часть литосферы (по массе).

Чаще они входят в состав руды либо минерала. Особенно химически сверхактивные элементы, например, литий. Этот самый легкий металл в природе представлен собственными минералами – лепидолитовой слюдой и сподуменом.

Сподумен

Испытание на пластичность

Характеристики пластичности металлов обычно определяются при статичных испытаниях. Самым показательным является испытание на растяжение. Чтобы выяснить, какой металл самый пластичный, необходимо подвергнуть такому воздействию образцы одинакового размера при сходных температурных условиях. Величина деформации, которую способен выдержать образец металла перед разрушением, – объективный показатель пластичности.

Числовым выражением результата испытаний на растяжение являются два основных коэффициента. Относительное удлинение – процентное отношение увеличенной длины образца после разрыва, вызванного деформацией, к первоначальной. Самый пластичный металл – золото – имеет показатель – 65%. Для сравнения: у железа – 40-50, у алюминия – 30-40.

Второй показатель пластичности – относительное сужение поперечного сечения образца. У золота первоначальное сечение образца на 90% больше того, какое он имеет перед разрывом. У алюминия эта цифра – 80%, у меди – 75%.

Определение пластичности

От греческого Πλαστική («ваяние», «лепка») произошло слово «пластика», давшее корень другим, связанным с изменением формы твердого тела. Пластичность – свойство твердого тела менять форму и размеры и сохранять остаточную деформацию после прекращения действия внешних сил без изменения объема и нарушения целостности.

Для металлов это одна из важнейших характеристик, позволяющая использовать их в практике. Без возможности придавать заготовкам из металла нужную форму было бы невозможно создание даже простейших бытовых предметов. Золото – самый пластичный металл, и изделия из него — пример того, какую форму можно придать достаточно податливому материалу ковкой, давлением, прокаткой, вытяжкой, волочением и т. д. Обратным по смыслу свойством материала является хрупкость.

Применение

Издавна золото использовалось в качестве объекта инвестирования, кроме того активное применение оно нашло и в ювелирной промышленности.

Во многих странах золотые монеты использовались как деньги. Несмотря на это в качестве мировой валюты его признали только в 19 веке. В 1922 году в России в обороте появились банковские билеты с золотым содержанием, получившие названия «червонцев». Один банковский билет приравнивался к 10-ти золотым рублям старой чеканки.

Золото – самый распространенный материал, который используется при изготовлении ювелирных украшений. Чем выше проба золота, тем лучшей стойкостью к коррозии будет обладать материал, прочность и различные оттенки цветов придают изделию серебро и медь.

Самый пластичный металл - золото

Золото - это самый популярный металл в истории, в культуре, в экономике. За обладание им проливались реки крови, вспыхивали семейные раздоры и даже велись войны. Его значение для всей человеческой цивилизации основано на его уникальных химических и физических свойствах, на особенностях внутреннего строения.

Золото – это самый пластичный металл. Данное качество делает его востребованным всюду: от ювелирного дела до микроэлектроники.

Самый "металлический" металл

В золоте сконцентрированы все самые явные свойства, которые ученые называют металлическими. По электропроводимости оно уступает только серебру, меди и чистому палладию. По теплопроводности - тому же серебру, меди и кобальту. По способности поглощать тепловую энергию золото уступает только экзотическому висмуту, опережая ртуть и серебро. По другим «металлическим» свойствам - ковкости и отражению света - оно является чемпионом. Золото - это самый пластичный металл в мире, а блеск его – понятие легендарное.

Молекулярное строение золота тоже очень «металлическое». Оно представляет собой геометрически правильную кристаллическую решетку с положительными ионами в узлах и плотное по концентрации облако «электронного» газа между ними. Эту часть атома составляют свободные электроны, расположенные на внешнем энергетическом уровне. Они создают силу притяжения между узлами решетки, что и обеспечивает способность металла деформироваться без нарушения общей целостности. Так устроен самый пластичный металл.

От греческого Πλαστική ("ваяние", "лепка") произошло слово «пластика», давшее корень другим, связанным с изменением формы твердого тела. Пластичность – свойство твердого тела менять форму и размеры и сохранять остаточную деформацию после прекращения действия внешних сил без изменения объема и нарушения целостности.

Для металлов это одна из важнейших характеристик, позволяющая использовать их в практике. Без возможности придавать заготовкам из металла нужную форму было бы невозможно создание даже простейших бытовых предметов. Золото – самый пластичный металл, и изделия из него - пример того, какую форму можно придать достаточно податливому материалу ковкой, давлением, прокаткой, вытяжкой, волочением и т. д. Обратным по смыслу свойством материала является хрупкость.

По шкале твердости Мооса у золота показатель - 2,5–3,7. В чистом виде этот металл значительно мягче многих широко распространенных материалов и царапается ножом или даже ногтем. Поэтому, чтобы избежать быстрого износа золотых изделий, в металл для их изготовления добавляют специальные упрочняющие лигатурные элементы, обычно серебро или медь. Существуют у золота и вредные примеси. Самый пластичный металл в таблице Менделеева в присутствии свинца, платины, кадмия или серы становится хрупким.

Мягкость золота особого характера, она дополняется его вязкостью и тягучестью. Удобство формовки и технологической обработки деталей дополняется высокими показателями прочности на растяжение – 3300 кг/см 2 . Такое уникальное сочетание физико-механических характеристик золота используется с давних времен. Пример – сусальное золото.

Способность золота выдерживать растягивающее усилие без разрыва известно с самого начала его коммерческого использования. Изготовление такой проволоки для ювелирных изделий было налажено еще в античные времена - древние мастера уже знали, какой металл самый пластичный. В середине XX века производили микропровод с золотым сердечником, который даже с пластиковой изоляцией был в 7 раз тоньше человеческого волоса. Из 1 грамма металла вытягивали непрерывную золотую нить длиной около 3,5 км.

Удельная прочность металлов: таблица. Механические свойства металлов

Использовать металлы в повседневной жизни начали еще вначале развития человечества. Медь – это первый их представитель. Она доступна в природе и прекрасно обрабатывается. При археологических раскопках часто находят изготовленные из нее предметы домашнего обихода и разные изделия.

В процессе развития человек обучался объединять разные металлы, производя сплавы большей прочности. Из них делали орудия труда, а позже использовали для изготовления оружия. Опыты продолжаются и в наше время, создаются сплавы с удельной прочностью металлов, пригодные для возведения современных конструкций.

Виды нагрузок

К механическим свойствам металлов и сплавов относятся такие, которые способны оказывать сопротивление действию на них внешних сил или нагрузок. Они могут быть самыми разнообразными и по своему воздействию различают:

статические, которые неспешно возрастают от нулевого значения до максимума, а затем остаются постоянными или незначительно меняются;
динамические – возникают вследствие удара и действуют короткий промежуток.

Виды деформации

Деформация – это видоизменение конфигурации твердого тела под воздействием прилагаемых к нему нагрузок (внешних сил). Деформации, после которых материал возвращается в прежнюю форму и сохраняет первоначальные размеры, считают упругими, в противном случае (форма изменилась, материал удлинился) – пластическими или остаточными. Существует несколько видов деформации:

Сжатие. Уменьшается объем тела в результате действия на него сдавливающих сил. Такую деформацию испытывают фундаменты котлов и машин.
Растяжение. Увеличивается длина тела, когда к его концам прилагаются силы, направление которых совпадает с его осью. Растяжению подвергаются тросы, приводные ремни.
Сдвиг или срез. В этом случае силы направлены навстречу друг другу и при определенных условиях наступает срез. Примером служат заклепки и болты стяжки.
Кручение. Пара сил, противоположно направленных, действует на закрепленное одним концом тело (валы двигателей и станков).
Изгиб. Изменение кривизны тела при воздействии внешних сил. Такое действие характерно для балок, стрел подъемных кранов, железнодорожных рельсов.

Определение прочности металла

Одно из основных требований, которое предъявляют к металлу, применяемому для производства металлических конструкций и деталей, является прочность. Для ее определения берется образец металла и растягивается на испытательной машине. Эталон становится тоньше, площадь поперечного сечения уменьшается с одновременным увеличением его длины. В определенный момент образец начинает растягиваться лишь в одном месте, образуя «шейку». А через некоторое время происходит разрыв в области самого тонкого места. Так ведут себя исключительно вязкие металлы, хрупкие: твердая сталь и чугун растягиваются незначительно и у них не образуется шейка.

Нагрузка на образец определяется специальным прибором, который носит название силоизмеритель, он вмонтирован в испытательную машину. Для вычисления основной характеристики металла, называемой пределом прочности материала, надо максимальную нагрузку, выдержанную образцом до разрыва, разделить на величину площади поперечного сечения до растяжения. Эта величина необходима конструктору для того, чтобы определиться с размерами изготовляемой детали, и технологу назначить режимы обработки.

Самые прочные металлы в мире

К высокопрочным металлам можно отнести следующие:

Титан. Он обладает такими свойствами:

высокой удельной прочностью;
стойкостью к повышенным температурам;
низкой плотностью;
стойкостью к коррозии;
механической и химической выносливостью.

Титан находит применение в медицине, военной промышленности, кораблестроении, авиации.

Уран. Самый известный и прочный металл в мире, является слабым радиоактивным материалом. Встречается в природе в чистом виде и в соединениях. Он относится к тяжелым металлам, гибкий, ковкий и относительно пластичный. Широко используется в производственных сферах.
Вольфрам. Расчет прочности металла показывает, что это самый прочный и тугоплавкий металл, не поддающийся химическому воздействию. Хорошо куется, его можно вытянуть в тонкую нить. Используется для нити накаливания.
Рений. Тугоплавкий, имеет высокую плотность и твердость. Очень прочный, не подвержен перепадам температуры. Находит применение в электронике и технике.
Осмий. Твердый металл, тугоплавкий, стойкий к механическим повреждениям и агрессивным средам. Применяют в медицине, используют для ракетной техники, электронной аппаратуры.
Иридий. В природе в свободном виде встречается редко, чаще – в соединениях с осмием. Механической обработке поддается плохо, имеет высокую стойкость к химическим веществам и прочность. Сплавы с металлом: титаном, хромом, вольфрамом, используют для изготовления ювелирных изделий.
Бериллий. Высокотоксичный металл с относительной плотностью, имеющий светло-серый цвет. Находит применение в черной металлургии, атомной энергетике, лазерной и аэрокосмической технике. Имеет высокую твердость и используется для легирования сплавов.
Хром. Очень твердый металл с высокой прочностью, бело-голубого цвета, обладает стойкостью к щелочам и кислотам. Прочность металла и сплавов позволяют их использовать для изготовления медицинского и химического оборудования, а также для металлорежущих инструментов.

Тантал. Металл серебристого цвета, имеет высокую твердость, прочность, обладает тугоплавкостью и стойкостью к коррозии, пластичен, легко обрабатывается. Находит применение при создании ядерных реакторов, в металлургии и химической промышленности.
Рутений. Принадлежит к металлам платиновой группы. Обладает высокой прочностью, твердостью, тугоплавкостью, химической стойкостью. Из него изготовляют контакты, электроды, острые наконечники.

Как определяют свойства металлов?

Для испытания металлов на прочность применяют химические, физические и технологические методы. Твердость определяет, как сопротивляются материалы деформациям. Стойкий металл имеет большую прочность и детали, изготовленные из него, меньше снашиваются. Для определения твердости вдавливают шарик, алмазный конус или пирамидку в металл. Значение твердости устанавливают по диаметру отпечатка или по глубине вдавливания предмета. Более крепкий металл меньше деформируется, и глубина отпечатка будет меньше.

А вот образцы на растяжение испытываются на разрывных машинах с плавно нарастающей при растягивании нагрузкой. Эталон может иметь в сечении круг или квадрат. Для проверки металла противостоять нагрузкам ударного характера проводят испытания на удар. В середине специально изготовленного образца делают надрез и устанавливают его напротив ударного устройства. Разрушение должно происходить там, где слабое место. При испытании металлов на прочность структуру материала исследуют рентгеновскими лучами, ультразвуком и при помощи мощных микроскопов, а также используют травление химическими веществами.

К технологическим относятся самые простые виды испытаний на разрушение, пластичность, ковку, сварку. Испытание на выдавливание дает возможность определить, способен ли листовой материал подвергаться холодной штамповке. С помощью шарика в металле выдавливают лунку, пока не появится первая трещина. Глубина ямки до появления разрушения и будет характеризовать пластичность материала. Испытание на изгиб дает возможность определить способность листового материала принимать нужную форму. Это испытание используют для оценки качества швов при сварке. Для оценки качества проволоки используется проба на перегиб. Трубы испытывают на расплющивание и изгиб.

Механические свойства металлов и сплавов

Прочность. Она заключается в способности материала оказывать сопротивление разрушению под воздействием сил извне. Вид прочности зависит от того, как действуют внешние силы. Ее разделяют на: сжатие, растяжение, кручение, изгиб, ползучесть, усталость.
Пластичность. Это способность металлов и их сплавов под воздействием нагрузки менять форму, не подвергаясь разрушению, и сохранять ее после окончания воздействия. Пластичность материала из металла определяют при его растяжении. Чем больше происходит удлинение, при одновременном уменьшении сечения, тем пластичнее металл. Материалы, обладающие хорошей пластичностью, прекрасно обрабатываются давлением: ковке, прессованию. Пластичность характеризуют двумя величинами: относительное сужение и удлинение.
Твердость. Такое качество металла заключается в способности оказывать сопротивление проникновению в него инородного тела, имеющего более значительную твердость, и не получить при этом остаточных деформаций. Износоустойчивость и прочность – это основные характеристики металлов и сплавов, которые тесно связаны с твердостью. Материалы с такими свойствами находят применение для изготовления инструментов, применяемых для обработки металлов: резцы, напильники, сверла, метчики. Нередко по твердости материала определяют его износоустойчивость. Так твердые стали при эксплуатации изнашиваются меньше, чем более мягкие сорта.
Ударная вязкость. Особенность сплавов и металлов сопротивляться влиянию нагрузок, сопровождающихся ударом. Это одна из важных характеристик материала, из которого изготовлены детали, испытывающие ударную нагрузку, во время работы машины: оси колес, коленчатые валы.
Усталость. Это состояние металла, который находится под постоянным воздействием нагрузок. Усталость металлического материала происходит постепенно и может закончиться разрушением изделия. Способность металлов оказывать сопротивление разрушению от усталости называют выносливостью. Это свойство находится в зависимости от природы сплава или металла, состояния поверхности, характера обработки, условий работы.

Классы прочности и их обозначения

Нормативными документами по механическим свойствам крепежных изделий введено понятие класс прочности металла и установлена система обозначения. Каждый класс прочности обозначается двумя цифрами, между которыми ставится точка. Первое число означает предел прочности, уменьшенный в 100 раз. Например, класс прочности 5.6 означат, что предел прочности будет 500. Второе число увеличено в 10 раз – это отношение предела текучести к временному сопротивлению, выраженному в процентах (500х0,6=300), т. е. 30 % составляет минимальный предел текучести от предела прочности на растяжение. Все изделия, используемые для крепежа, классифицируются по назначению применения, форме, используемому материалу, классу прочности и покрытию. По назначению использования они бывают:

Лемешные. Их используются для сельскохозяйственных машин.
Мебельные. Применяются в строительстве и мебельном производстве.
Дорожные. Ими крепят металлоконструкции.
Машиностроительные. Применяют в машиностроительной промышленности и приборостроении.

Механические свойства крепежных изделий зависят от стали, из которой они изготовлены и качества обработки.

Удельная прочность

Удельная прочность материала (формула ниже) характеризуется отношением предела прочности к плотности металла. Эта величина показывает прочность конструкции при данной его массе. Наибольшую важность она представляет для таких отраслей, как авиастроение, ракетостроение и производство космических аппаратов.

По величине удельной прочности сплавы из титана самые прочные из всех применяемых технических материалов. Титановые сплавы вдвое превышают удельную прочность металлов, относящихся к легированным сталям. Они не поддаются коррозии на воздухе, в кислотной и щелочной среде, не боятся морской воды и обладают хорошей теплоустойчивостью. При высоких температурах их прочность выше, чем у сплавов с магнием и алюминием. Благодаря этим свойствам их применение, как конструкционного материала, все время увеличивается и находит широкое использование в машиностроении. Недостаток титановых сплавов заключается в их низкой обрабатываемости резанием. Это связано с физическими и химическими свойствами материала и особой структурой сплавов.

Использование пластичности и прочности металлов

Очень важными свойствами металла являются пластичность и прочность. Эти свойства находятся в прямой зависимости друг от друга. Они не позволяют металлу изменять форму и препятствуют макроскопическому разрушению при воздействии на него внешних и внутренних сил.

Металлы, обладающие высокой пластичностью, под воздействием нагрузки разрушаются постепенно. Вначале у них появляется изгиб и только затем он начинает постепенно разрушаться. Пластичные металлы легко меняют форму, поэтому их широко используют для изготовления кузовов автомобилей. Прочность и пластичность металлов зависит от того, как направлены приложенные к нему силы и в каком направлении проводилась прокатка при изготовлении материала. Установлено, что при прокатке кристаллы металла удлиняются в ее направлении больше, чем в поперечной направленности. У листовой стали прочность и пластичность значительно больше в направлении прокатки. В поперечном же направлении прочность уменьшается на 30 %, а пластичность на 50 %, по толщине листа эти показатели еще ниже. Например, появление излома на стальном листе при сваривании можно объяснить параллельностью оси шва и направления прокатки. По пластичности и прочности материала устанавливают возможность его использования для изготовления различных деталей машин, сооружений, инструментов, приборов.

Нормативное и расчетное сопротивление металла

Одним из основных параметров, которые характеризуют сопротивление металлов воздействиям силы, является нормативное сопротивление. Оно устанавливается по нормам проектирования. Расчетное сопротивление получается в результате деления нормативного на соответствующий коэффициент надежности по данному материалу. В некоторых случаях учитывают еще и коэффициент условий работы конструкций. В вычислениях, имеющих практическое значение, в основном используют расчетное сопротивление металла.

Пути повышения прочности металла

Существует несколько способов повышения прочности металлов и сплавов:

Создание сплавов и металлов, имеющих бездефектную структуру. Имеются разработки по изготовлению нитевидных кристаллов (усов) в несколько десятков раз превышающих прочность обыкновенных металлов.
Получение объемного и поверхностного наклепа искусственным путем. При обработке металла давлением (ковка, волочение, прокатка, прессование) образуется объемный наклеп, а накатка и дробеструйная обработка дает поверхностный наклеп.
Создание легированного металла, используя элементы из таблицы Менделеева.
Очищение металла, от имеющихся в нем примесей. В результате этого улучшаются его механические свойства, распространение трещин значительно уменьшается.
Устранение с поверхности деталей шероховатости.

Интересные факты

Сплавы из титана, удельный вес которых превышает алюминиевые примерно на 70 %, прочнее их в 4 раза, поэтому, по удельной прочности сплавы, содержащие титан, выгоднее использовать для самолетостроения.
Многие алюминиевые сплавы превышают удельную прочность сталей, содержащих углерод. Сплавы из алюминия имеют высокую пластичность, коррозийную стойкость, прекрасно обрабатываются давлением и резанием.
У пластмасс удельная прочность выше, чем у металлов. Но из-за недостаточной жесткости, механической прочности, старения, повышенной хрупкости и малой термостойкости ограничены в применении слоистые пластики, текстолиты и гетинаксы, особенно в крупногабаритных конструкциях.
Установлено, что по выносливости к коррозии и удельной прочности, металлы черные, цветные и многие их сплавы уступают стеклопластикам.

Механические свойства металлов являются важнейшим фактором использования их в практических нуждах. Проектируя какую-то конструкцию, деталь или машину и подбирая материал, обязательно рассматривают все механические свойства, которыми он обладает.

Физические свойства металлов: твердость, плотность и др.

Самый «металлический» металл

В золоте сконцентрированы все самые явные свойства, которые ученые называют металлическими. По электропроводимости оно уступает только серебру, меди и чистому палладию. По теплопроводности — тому же серебру, меди и кобальту. По способности поглощать тепловую энергию золото уступает только экзотическому висмуту, опережая ртуть и серебро. По другим «металлическим» свойствам — ковкости и — оно является чемпионом. Золото — это самый пластичный металл в мире, а блеск его — понятие легендарное.

Золота тоже очень «металлическое». Оно представляет собой геометрически правильную кристаллическую решетку с положительными ионами в узлах и плотное по кон газа между ними. Эту часть атома составляют свободные электроны, расположенные на внешнем энергетическом уровне. Они создают силу притяжения между узлами решетки, что и обеспечивает способность металла деформироваться без нарушения общей целостности. Так устроен самый пластичный металл.

Защитные пленки от коррозии

Это понятие обозначает покрытие поверхности металла слоем на основе цинка для повышения защиты от разрушения и коррозии. Принцип защиты основывается на некоторых свойствах цветных металлов. Алюминий, цинк, олово на открытом воздухе окисляются, в результате этого образуется пленка. Она не пропускает кислород внутрь металла и тормозит дальнейший процесс окисления.

В железе процесс происходит по-другому. В результате окисления появляются соединения, гидроксиды, отличающиеся увеличением объема относительно первоначального металла. Из-за этого пленка становится рыхлой и быстро разрушается. Она не защищает тело нетронутого металла от кислорода, и окисление затрагивает внутренние слои.

Железо плохо переносит действие воздуха, поэтому на поверхности образуется ржавый слой. Для защиты от этого используется защитная пленка из цветных металлов, например, олова, что защищает железо от разрушающей коррозии.

Принцип действия олова и цинка приблизительно одинаков до той поры, пока защитную пленку не повредить до обнажения железа. Если железо имеет цинковое покрытие, то вместе они создают гальваническую пару. При взаимодействии железо более пассивное по сравнению с цинком, который окисляется первым, и железо из-за этого защищено.

Олово также образует пару с железом, но не относится к активным веществам, поэтому в случае повреждения оловянного слоя первым окисляется железо, что провоцирует его дальнейшее разрушение и коррозию в месте нарушения целостности.

От греческого Πλαστική («ваяние», «лепка») произошло слово «пластика», давшее корень другим, связанным с изменением формы твердого тела. Пластичность — свойство твердого тела менять форму и размеры и сохранять остаточную деформацию после прекращения действия внешних сил без изменения объема и нарушения целостности.

Для металлов это одна из важнейших характеристик, позволяющая использовать их в практике. Без возможности придавать заготовкам из металла нужную форму было бы невозможно создание даже простейших бытовых предметов. Золото — самый пластичный металл, и изделия из него — пример того, какую форму можно придать достаточно податливому материалу ковкой, давлением, прокаткой, вытяжкой, волочением и т. д. Обратным по смыслу свойством материала является хрупкость.

Области применения

Различное использование материалов в промышленности обусловлено разнообразием свойств. Изделия, полученные горячим и холодным методом, отличны по свойствам. Горячекатаные металлические пластины чаще всего находят применение:

при строительстве судов, авиалайнеров, машин, материал используют в конструкциях, где соединение узлов происходит с помощью метизов и без применения сварки;
в строительной области металл находит применение в виде несущих элементов каркаса и при изготовлении элементов внутреннего устройства с последующей отделкой;
для изготовления труб методом пайки;

Холоднотянутый лист используется в следующих случаях:

при изготовлении профнастила и для выпуска гладкой оцинковки;
в производстве автомобилей;
для выпуска тонкой жести с оловянным укрывающим слоем, применяемым в производстве консервной тары;
при изготовлении декапира (отожженных пластин), задействованных при производстве эмалированной посуды;
качественная ровная поверхность обуславливает его окрашивание порошковыми составами, никелирование и хромирование;
для холодной штамповки.

Характеристики пластичности металлов обычно определяются при статичных испытаниях. Самым показательным является испытание на растяжение. Чтобы выяснить, какой металл самый пластичный, необходимо подвергнуть такому воздействию образцы одинакового размера при сходных температурных условиях. Величина деформации, которую способен выдержать образец металла перед разрушением, — объективный показатель пластичности.

Числовым выражением результата испытаний на растяжение являются два основных коэффициента. Относительное удлинение — процентное отношение увеличенной длины образца после разрыва, вызванного деформацией, к первоначальной. Самый пластичный металл — золото — имеет показатель — 65%. Для сравнения: у железа — 40-50, у алюминия — 30-40.

Второй показатель пластичности — относительное сужение поперечного сечения образца. У золота первоначальное сечение образца на 90% больше того, какое он имеет перед разрывом. У алюминия эта цифра — 80%, у меди — 75%.

Пластичный металл — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Пластичный металл

Пластичные металлы и сплавы являются наиболее приемлемыми для операции деформирующего протягивания. [1]

Пластичные металлы не всегда проявляют меньшую чувствительность к надрезу. Например, медь весьма чувствительна к надрезу. Особенно резко это явление отмечается у литого сплава МЛб, обладающего большой неоднородностью свойств. [2]

Пластичные металлы хорошо выдерживают механическую обработку давлением, не разрушаясь. [3]

Пластичные металлы — медь, железо ( чистые сорта), малоуглеродистые стали, никель, тантал и др. — более устойчивы по структуре и характеризуются сравнительно низким пределом текучести, большим относительным удлинением и малой твердостью, которые позволяют без особых затруднений придавать нм штамповкой требуемую форму и во многих случаях эффективно обрабатывать режущим инструментом. [4]

Пластичные металлы — никель, медь, железо, малоуглеродистые стали др. — отличающиеся незначительной величиной коэффициента вытяжки, могут быть вытянуты на очень большую глубину ( до 6 — 8 диаметров) в несколько операций с промежуточными отжигами для снятия возникающих при обработке напряжении. Основные затруднения при их вытяжке связаны с получением точных размеров, формы и чистоты поверхности. [5]

Пластичный металл с меньшей твердостью лучше сопротивляется образованию и распространению трещин. [7]

Пластичные металлы при испытании на изгиб не доводятся до разрушения ( фиг. Предельное сопротивление пластической деформации ( O BU) в этом случае не достигается. [8]

Пластичные металлы и сплавы ( сталь и латунь) разрушаются после пластической деформации, а хрупкие металлы ( чугун) разрушаются без деформации. [9]

Пластичные металлы, например, медь или низкоуглеродистую сталь, в испытаниях на сжатие нельзя довести до разрушения и, следовательно, нельзя определить предел прочности, так как образцы таких металлов деформируются ( сплющиваются), увеличивая площадь поперечного сечения без разрушения. Испытания на сжатие применяют поэтому для хрупких металлов, главным образом чугуна, образцы которых разрушаются при сжатии. [10]

Пластичные металлы при атмосферном давлении разрушаются с образованием шейки. [12]

Индий-чрезвычайно пластичный металл и под давлением поддается почти любой деформации. Его относительное удлинение необычно низкое, так как иидий не подвержен дисперсионному твердению. Почти вся деформация, получаемая при механических испытаниях, локализуется, в результате чего происходит значительное сужение поперечного сечения. Значения относительного сужения поперечного сечения, приведенные в табл. 4, были получены при механических испытаниях листового материала. Для круглых стандартных образцов эти значения будут значительно выше. [13]

Очень ковкий и пластичный металл, отлично прокатывается в тончайшую фольгу толщиною менее 0 0002 мм. Отличается высокой тепло — и электропроводностью, уступая в этом отношении только серебру и меди. [14]

Жаропрочный, жаростойкий, пластичный металл, легко паяется и сваривается. [15]

По шкале твердости Мооса у золота показатель — 2,5-3,7. В чистом виде этот металл значительно мягче многих широко распространенных материалов и царапается ножом или даже ногтем. Поэтому, чтобы избежать быстрого износа золотых изделий, в металл для их изготовления добавляют специальные упрочняющие лигатурные элементы, обычно серебро или медь. Существуют у золота и вредные примеси. Самый пластичный металл в таблице Менделеева в присутствии свинца, платины, кадмия или серы становится хрупким.

Мягкость золота особого характера, она дополняется его вязкостью и тягучестью. Удобство формовки и технологической обработки деталей дополняется высокими показателями прочности на растяжение — 3300 кг/см 2 . Такое уникальное сочетание физико-механических характеристик золота используется с давних времен. Пример — сусальное золото.

Плотность:

В зависимости от плотности металлы делят на лёгкие (плотность от 0,53 до 5 г/см³) и тяжёлые (от 5 до 22,6 г/см³).

Самым лёгким металлом является литий (плотность 0,53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22,6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Несмотря на многовековую историю золотодобычи, этот металл всегда относился к редким и драгоценным. Это самый пластичный металл. Это качество делает применение для декоративной отделки элементов интерьера или даже для покрытия церковных куполов рентабельным. Для покрытия большой площади требуется очень немного драгоценного металла: 1 грамм пластинки может быть раскован в лист площадью 1 м 2 .

Даже ручной способ получения листов для золочения дает возможность добиться толщины в тысячную долю миллиметра. Такая толщина позволяет золотым пластинкам держаться на поверхности за счет молекулярного притяжения. Технология получения сусали значительно усовершенствовалась. Теперь для расплющивания золотых листов применяются роботизированные линии, но в основе процесса — высокая пластичность исходного материала.

Видимые дефекты листов

В процессе производства возникают дефекты на поверхности или размерные отклонения. Они классифицируются в определенные категории. Появление отклонений и дефектов определенного вида характеризуется неправильной организацией и оснащением производственного процесса.

Царапины, немерность, косой рез

Характеризуются такие нарушения появлением механических повреждений полосы в виде углублений поперек и вдоль направления прокатки. Диагностируются отклонения в размерах по длине и ширине от стандартных заданных параметров на величину, сверх допускаемых номиналов. На поверхности образуются выступы материала по ширине и длине на краях полос или листов, имеющие прямой угол с поверхностью.

Причинами, вызывающими такие отклонения от нормы, могут быть:

выступающие сверх нормы металлические элементы оборудования, иногда дефекты провоцируются застрявшими кусочками металла;
плохая настройка летучих или дисковых ножниц, или их слабое закрепление при установке;
несвоевременная заточка ножей;
серповидная форма самой полосы;
неправильная организация подачи прокатной полосы в станок поперечной порезки;
непрофессиональная настройка протягивающих и подающих роликов.

Навар, волна, разброс и серповидность

Появляется малая волнистость прокатной полосы по обеим кромкам или только в одностороннем порядке. На поверхности пластины видны отпечатки различных размеров и форм в виде удлиненных пятен или полос. Гладкость нарушается появлением острых ям, углублений рисок и отпечатков механического происхождения.

Наблюдаются изломы и сгибы на пластине в разных направлениях, углы и кромки часто загнуты. При упаковке листов в пачки проявляется смещение размеров листов по ширине или длине пакета относительно друг друга больше допустимой нормы. На боковых кромках отмечаются повреждения в том или ином числе, углы могут быть завернуты, а сама полоса имеет серповидную форму.

Дефекты вызываются следующими причинами:

перекос подающих и принимающих роликов или вальцов;
плохая настройка правильных роликов и дисковых ножей;
на вальцах и правильных роликах происходит налипание отходов и других металлических частей;
незащищенность полосы при порезке от попадания мелких металлических стружек и частей;
застревание прокатного материала в устройствах для пакетирования;
неправильная заправка полосы для продвижения тянущими и правильными роликами, наплывы и надавы на винтах рулона с внешней стороны;
небрежная настройка арматуры проводкового действия, сбой в функционировании ленточного транспортера, неправильная регулировка кармана и подъемного стола по высоте;
установка с нарушением стандартов упоров в пакетирующих агрегатах (в их карманах);
неправильная настройка ножниц и разбалтывание вертикальных роликов и проводок.

Особенности динамной стали

Полосы динамной холоднотянутой стали отличаются от полос, полученных горячим методом большей толщины, лучшей поверхностью, отсутствием окалины. Высокие характеристики динамной стали используют при изготовлении электрических машин. Это дает высокий коэффициент заполнения, экономит энергию, увеличивает мощность при старых габаритах.

Поставка холоднокатаной стали в полосах дает преимущество в раскрое и получении из-за меньшего количества отходов. Динамная сталь из-за качественной обработки имеет более стабильные свойства.

Читайте также: