Сравнение металлов в таблице

Обновлено: 19.05.2024

Металлы отличаются друг от друга различными параметрами. Принято выделять физические и химические свойства металла.

Физические свойства определяют внешние характеристики металла. К ним относят: вес, цвет, электропроводность. Также физические свойства характеризуют то, насколько металл проводит тепло, какая у него плотность и пластичность.

Химические свойства связаны с реакцией металлов на определенные воздействия. Например, насколько сильно металл подвержен коррозиям, как он окисляется и способен ли растворяться в жидкостях.

Рассмотрим более подробно характеристики каждого из свойств.

Цвет. Это характеристика, которая отображает оттенки металлов – серебристый, белый, стальной, желтый. Интересно то, что металлы не пропускают через себя свет. Они его отражают. Большая часть известных металлов имеет серебристо-белые оттенки. По цвету металлы подразделяются на черные и цветные.
Способность плавиться. Одно из главных и основных свойств металлов. Характеризует реакцию металла на повышения и понижение температуры. Плавкость показывает, как быстро металл из твердого состояния, может превратиться в жидкое и наоборот. И какие температуры при этому нужны. Температуру при плавлении разных металлов часто меняют с определенными интервалами. Иногда, чтобы расплавить металл, нужно постепенно повышать температуру. Если это сделать сразу, качество изделия из этого металла может быть на низком уровне. Знание характеристик плавкости того или иного металла позволяет применять сплавы для создания специальных матриц, которые защищают различные приборы от возгорания.
Электропроводность показывает, насколько металл способен пропускать и переносить электричество. Все металлы, по сравнению с другими материалами, отличаются огромной электропроводностью. Кстати, чем больше температура воздействия на металл, тем меньше он проводит через себя электричество. Сплавы из разных металлов характеризуются меньшей электропроводностью.
Магнитные характеристики. Магнитностью обладают небольшое количество металлов – железо, николь, кобальт. Но при повышении температуры и эти металлы теряют свойство магнитности. На магнитные характеристики особое внимание уделяется во время создания машин и приборов связи.
Теплопроводимость – способность металлов проводите тепло.
Вес – он измеряется в граммах, расчет идет по одному кубическому сантиметру. Металлы подразделяются на тяжелые и легкие. Самый маленький удельный вес у магния, самый большой у вольфрама. В машиностроении данная характеристика металла является очень важным элементом.

Кстати, ртуть это единственный жидкий металл. Все остальные металлы относятся к твердым. Исключения составляют сплавы разным металлов.

Знание физических свойств металлов, позволяет применять их по назначению, выбирать способы обработки и прогнозировать сроки службы.

Рассмотрим подробнее химические свойства металлов.

Химические свойства зависят от того, как располагаются атомы. Тип кристаллической решетки также влияет на химию металла. Все металлы с легкостью отдают электроны.

Устойчивость к коррозиям. Коррозия – это изменение (разрушение) металлов в ходе какого-то воздействия. Воздействие может быть физическим, химическим. Всем известны пример коррозии – появление ржавчины на металлах. Стойкость к разрушению является очень важной характеристикой при выборе металла. Благородные металлы практически не подвергаются коррозии (например, золото, платина). Цветные металлы в меньшей степени подвержены разрушению. Больше всего поддаются коррозийным изменениям черные металлы. Для того, чтобы достичь высокой стойкости к разрушению, часто используют специальные покрытия и определяют, какой металл лучше подойдет для поставленной цели.

Способность к окислению. Данная характеристика отображает, как металл взаимодействует с кислородом с применением различных окислителей.

Способность к растворению. Есть группы металлов, которое при определенных условиях хорошо растворяются. Из них можно получить твердый раствор. Для растворения применяют различные кислоты. Также существует анодное растворение. Для этих целей применяется раствор электролита.

Физические свойства металлов: твердость, плотность и др.

Металлы имею такие физические свойства, как твердость, температуру плавления, плотность, пластичность, электропроводность, теплопроводность и цвет.

Твёрдость:

Все металлы, кроме ртути и, условно, франция, при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью.

Таблица твёрдости металлов по шкале Мооса:

Твёрдость	Металл
0.2	Цезий
0.3	Рубидий
0.4	Калий
0.5	Натрий
0.6	Литий
1.2	Индий
1.2	Таллий
1.25	Барий
1.5	Стронций
1.5	Галлий
1.5	Олово
1.5	Свинец
1.5	Ртуть
1.75	Кальций
2.0	Кадмий
2.25	Висмут
2.5	Магний
2.5	Цинк
2.5	Лантан
2.5	Серебро
2.5	Золото
2.59	Иттрий
2.75	Алюминий
3.0	Медь
3.0	Сурьма
3.0	Торий
3.17	Скандий
3.5	Платина
3.75	Кобальт
3.75	Палладий
3.75	Цирконий
4.0	Железо
4.0	Никель
4.0	Гафний
4.0	Марганец
4.5	Ванадий
4.5	Молибден
4.5	Родий
4.5	Титан
4.75	Ниобий
5.0	Иридий
5.0	Рутений
5.0	Тантал
5.0	Технеций
5.0	Хром
5.5	Бериллий
5.5	Осмий
5.5	Рений
6.0	Вольфрам
6.0	β-Уран

Температура плавления:

Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −38,83 °C (ртуть) до 3422 °C (вольфрам).

Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые металлы, например, олово и свинец, могут расплавиться на обычной электрической или газовой плите.

В зависимости от температуры плавления металлы делятся на: легкоплавкие (до 600 °C); среднеплавкие (от 600 до 1600 °C); тугоплавкие (выше 1600 °C).

Таблица температуры плавления легкоплавких металлов и сплавов:

Название металла	Температура плавления, о С
Ртуть	-38,83
Франций	25
Цезий	28,44
Галлий	29,7646
Рубидий	39,3
Калий	63,5
Натрий	97,81
Индий	156,5985
Литий	180,54
Олово	231,93
Полоний	254
Висмут	271,3
Таллий	304
Кадмий	321,07
Свинец	327,46
Цинк	419,53

Таблица температуры плавления среднеплавких металлов и сплавов:

Название металла	Температура плавления, о С
Сурьма	630,63
Нептуний	639
Плутоний	639,4
Магний	650
Алюминий	660,32
Радий	700
Барий	727
Стронций	777
Церий	795
Иттербий	824
Европий	826
Кальций	841,85
Лантан	920
Празеодим	935
Германий	938,25
Серебро	961,78
Неодим	1024
Прометий	1042
Актиний	1050
Золото	1064,18
Самарий	1072
Медь	1084,62
Уран	1132,2
Марганец	1246
Бериллий	1287
Гадолиний	1312
Тербий	1356
Диспрозий	1407
Никель	1455
Гольмий	1461
Кобальт	1495
Иттрий	1526
Эрбий	1529
Железо	1538
Скандий	1541
Тулий	1545
Палладий	1554,9
Протактиний	1568

Таблица температуры плавления тугоплавких металлов и сплавов:

Название металла	Температура плавления, о С
Лютеций	1652
Титан	1668
Торий	1750
Платина	1768,3
Цирконий	1855
Хром	1907
Ванадий	1910
Родий	1964
Технеций	2157
Гафний	2233
Рутений	2334
Иридий	2466
Ниобий	2477
Молибден	2623
Тантал	3017
Осмий	3033
Рений	3186
Вольфрам	3422

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.

Пластичность:

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними.

Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются.

Пластичность зависит и от чистоты металла . Так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы, такие, как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий, могут срастаться между собой, но на это могут уйти десятки лет.

Электропроводность:

Все металлы хорошо проводят электрический ток, обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля.

Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также и натрий. В экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Теплопроводность:

Теплопроводность металлов зависит от подвижности свободных электронов.

Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла. Широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Наименьшая теплопроводность — у висмута и ртути.

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый, иногда с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Металлы подразделяются на цветные и черные.

Чёрные металлы – железо и сплавы на его основе (стали, ферросплавы, чугуны). К чёрным металлам также зачастую относят марганец и, иногда, – хром и ванадий.

Цветные металлы — это особый класс нержавеющих металлов и сплавов, в составе которых нет железа. Металлы называются цветными, потому что каждый из них имеет определенный окрас. К цветным металлам относятся медь, молибден, свинец, цинк, олово, никель, кадмий, кобальт, алюминий, титан, магний, висмут, вольфрам, ртуть, золото, платину, серебро, палладий, родий, рутений, осмий, иридий.

Отличие углеродистой стали от легированной

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, дополненный примесями других элементов. Этот материал используется в разных отраслях промышленности - из него производят автомобильные кузова и судовые корпуса, слесарное оборудование и медицинские инструменты, строительные металлоконструкции и домашнюю посуду. По химическому составу выделяют два вида стали - углеродистую и изготовленную с помощью технологии легирования. Сравним разновидности самого "ходового" промышленного металла и рассмотрим, в чём заключается отличие углеродистой стали от легированной.

Особенности углеродистой стали

Основное отличие углеродистой стали отражено в её названии - это повышенное содержание углерода С (до 2,14%) на фоне минимального количества других примесей (марганца, кремния, фосфора, серы).

Высокий уровень включения С придаёт материалу особую твёрдость и прочность, что делает его востребованным в строительном сегменте и производстве деталей механизмов. Железоуглеродистые стальные сплавы различаются по процентному содержанию С, которое бывает:

высокое - более 0,7% (идут на изготовление деталей, функционирующих в условиях трения и усиленных нагрузок - дисков сцепления, шпинделей, регулировочных шайб, прокатных валок);
среднее - от 0,3 до 0,7% (используются в создании деталей повышенной прочности - зубчатых колёс, распределительных валов, плунжеров);
низкое - менее чем 0,3% (сюда относятся мягкие стали, применяемые в изготовлении деталей по технологии холодной штамповки - трубок, колпачков).

Металлосплав маркируется буквой У ("углерод"), за литерой идёт цифра, обозначающая содержание данного элемента в десятых долях процента. Буква А в конце маркировки говорит о том, что материал высококачественный, т. е. в нём мало вредных включений серы и фосфора.

Углеродистая сталь - распространённый и недорогой чермет, который всё же не лишён недостатков. Изделия из "углеродки"подвержены образованию ржавого налёта, не наделены пластичностью и чувствительны к перегреву - при высоких температурах механическая прочность металла снижается.

Особенности легированной стали

Легированные сплавы изготавливают посредством добавления в состав специальных примесей для улучшения физико-химических свойств получаемого материала. В таблице перечислены основные легирующие элементы и указаны свойства, которые они придают стали.

Легирующая добавка

Влияние на свойства сплава

Повышает пластичность и стойкость к появлению коррозии

Усиливает прочность, твёрдость, устойчивость к коррозионным изменениям

Понижает хрупкость и улучшает способность к закалке

Повышает прочность, упругость, электросопротивление

Стабилизирует структуру, улучшает обрабатываемость и плотность

Повышает твёрдость, снижает хрупкость при отпуске

Уменьшает зернистость структуры и способствует улучшению текучести

Усиливает ударопрочность и способность противостоять воздействию жарких температур

Производят стали с низким (>2,5%), средним (от 2, 5 % до 10 %) и высоким (10-50%) насыщением легирующими элементами. Если классифицировать материалы по сфере применения, выделяются три группы:

Конструкционные - используются в машиностроении (корпуса, детали) и строительстве (сварные металлоконструкции);
Инструментальные - становятся сырьём для изготовления режущих, ударно-штамповочных, измерительных инструментов;
Обладающие особыми характеристиками (устойчивостью к окислению и возникновению ржавчины, кислото- и окалиностойкостью, жаропрочностью, улучшенными электро-магнитными свойствами) - применяются в судостроительстве, производстве электротехнических приборов, деталей реактивных двигателей.

Легированные стали маркируются следующим образом. В начале ставится число, обозначающее уровень содержания углерода. Для конструкционных сплавов он указывается в сотых долях, а для инструментальных - в десятых долях процента. Если число впереди отсутствует, в сплаве 1, 0% углерода. Затем идут буквы, означающие наличие легирующих включений, после каждой буквы стоит число, которое показывает процентное количество дополнительных элементов. Маркировка сталей высокого качества заканчивается литерой А.

В некоторых видах стали в начале указываются дополнительные обозначения: Э - электротехническая, Ш - шарикоподшипниковая, Л - изготовленная с помощью литья, Р - быстрорежущая. Например, ШХ15 - это шарикоподшипниковая сталь с одним процентом углерода и 1, 5 процента хрома.

Сравнение легированной и углеродистой сталей

В состав обоих видов стали входят железо, углерод и различные примеси. Однако разница в соотношении элементов определяет свойства конкретного металлического сплава и специфику его применения. В приведённой ниже таблице отмечены основные различия популярных марок легированной и углеродистой сталей.

Сравнительная таблица свойств марок Х12МФ и Ст2кп

Конспект урока «Физические, химические, 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.

Механические свойства металлов

Прочность металлов

— свойство твердых тел сопротивляется разрушению, а также необратимыми изменениями формы. Основным показателем прочности является временное сопротивление, определяемое при разрыве цилиндрического образца, предварительно подвергнутого отжигу.

По прочности металлы можно разделить на следующие группы:

непрочные металлы

— (временное сопротивление не превышает 50 МПа) — олово, свинец, висмут, а также мягкие щелочные металлы.

прочные металлы

— (от 50 до 500 МПа) — магний, алюминий, медь, железо, титан и другие металлы, составляющие основу важнейших конструкционных сплавов

высокопрочные металлы

— (более 500 МПа) — молибден, вольфрам, ниобий и др.

К ртути понятие прочности неприменимо, поскольку это жидкость.

Временное сопротивление металлов указано в таблице 10.

Таблица 10. Прочность металлов

Металл	Временное сопротивление, МПа	Металл	Временное сопротивление, МПа
Титан	580	Цинк	120-140
Железо	200-300	Алюминий	80-120
Медь	200-250	Золото	120
Магний	120-200	Олово	27
Серебро	150	Свинец	18

Пластичность металлов

Пластичность

— свойство твердых тел сохранять часть деформации при снятии нагрузок, которые их вызвали. В качестве показателя пластичности выборочно относительное удлинение, определяемое при тех же испытаниях, что и временное сопротивление.

По степени пластичности металлы принято подразделять следующим образом:

высокопластичные металлы

— (относительное удлинение превосходит 40 %) — металлы, составляющие основу большинства конструкционных сплавов (алюминий, медь, железо, титан, свинец) и «легкие» металлы (натрий, калий, рубидий идр.)

пластичные металлы

— (относительное удлинение лежит в диапазоне между 3% и 40%) — магний, цинк, молибден, вольфрам, висмут и др. (наиболее обширная группа)

хрупкие металлы

— (относительное удлинение меньше 3%) — хром, марганец, кольбат, сурьма.

Высокая очистка хрупких металлов несколько повышает пластичность. Сплавы, полученные на их основе, почти не поддаются обработке давлением. Промышленные изделия из них часто получают путем литья. Относительное удлинение металлов характеризует таблица 11.

Таблица 11. Пластичность металлов

Металл	Относительное удлинение, %	Металл	Относительное удлинение, %
Золото	65	Титан	50
Серебро	65	Олово	40
Свинец	65	Алюминий	30-40
Медь	50-60	Цинк	30
Железо	40-50	Магний	10-22

Твердость

— характеристика материала, отражающая его прочность и пластичность, определяемая путем вдавливания шарика (метод Бринелля) или призмы (метод Виккерса). Количественный оценкой твердости является число твердости НВ, равное отношению нагружения (Н) к площади поверхности отпечатка (мм2).

Значения твердости металлов по Бринеллю приведена в таблице 12.

Таблица 12. Твердость металлов

Металл	НВ	Металл	НВ
Титан	160	Алюминий	16-25
Железо	70-80	Серебро	25
Магний	30-40	Золото	18
Медь	40	Олово	5
Цинк	33	Свинец	4

Модуль продольной упругости

Модуль продольной упругости, модуль Юнга, Е

— определяет жесткость металла, т.е. интенсивность увеличения напряжения по мере увеличения упругости деформации.

Таблица 13. Модуль Юнга металлов при 20 oС

Металл	Е * 10-5, МПа	Металл	Е * 10-5, МПа
Железо	2,17	Золото	0,83
Цинк	1,30	Алюминий	0,72
Медь	1,25	Олово	0,55
Титан	1,08	Магний	0,45
Серебро	0,83	Свинец	0,18

Литература по прочности

Гуль В. Е., Структура и прочность полимеров, 3 изд., М., 1978;
Разрушение, пер. с англ., т. 1, М., 1973;
Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974.

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ

Знаете ли Вы,

что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

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.

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 свойства

Технологические свойства определяют способность металла или сплава изменяться при обработке:

Ковкость. Обработка заготовки давлением. Материал не разрушается. Структура изменяется.
Свариваемость. Восприимчивость детали к работе сварочным оборудованием.
Усадка. Происходит этот процесс при охлаждении заготовки после её разогрева.
Обработка режущим инструментом.
Ликвация (затвердевание жидкого металла при понижении температуры).

Основной способ обработки металлических деталей — нагревание.

Свойства металлов и сплавов отвечают за то, как себя будет вести готовое изделие при эксплуатации. При обработке материалов также важно знать его характеристики.

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.

ТОП-20 самых тяжелых металлов в мире

Из 104 известных химических элементов 82 составляют металлы. Они задействованы в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, хозяйственной деятельности человека. К категории тяжелых относят металлы с плотностью от 5 г/см3. Еще одна определяющая характеристика — атомный вес (свыше 50 г/моль).

Осмий

Занимает лидирующую позицию в мире по плотности. Его открыли в 1803 году. Одновременно за осмий «сражались» два ученых. Но в итоге более детальное описание сделал химик Смитсон Теннант. Температура плавления/кипения осмия составляет 2466 0С/4428 0С.

Редкий металл почти не поддается механическому воздействию из-за высокого показателя плотности. Обработка осмия требует больших затрат. Вот его свойства:

тугоплавкость;
непластичность;
не поддается ковке;
хлористый запах.

Осмий причислен к группе платиновых металлов. При застывании он кристаллизуется и становится ярко-голубым. Металл выдерживает сильное трение, механические воздействия, поэтому часто добавляется при изготовлении деталей, подвижных узлов оборудования для промышленности. Цена редкого металла за грамм превышает 10 000 долларов.

Иридий

Этот металл на 0,09 г/см3 уступает осмию по плотности и занимает второе место в рейтинге. Они были открыты одновременно, имеют идентичные температуры плавления и кипения. Иридий тоже относится к редким металлам. Он не взаимодействует с водой, кислотами, воздухом. Иридий имеет белый цвет с серебристым отливом, зеркальной поверхностью. За год добывают не больше десяти тонн этого металла.

Иридий эксплуатируется в машиностроении, геологии, палеонтологии. Его выбирают для получения электричества, при изготовлении протезов (нервная электростимуляция). Иридий служит индикатором выявления слоев горных пород, для покрытия поверхностей по сложной технологии.

Платина

В рейтинге по «тяжести» она на третьей позиции. Платина — драгоценный, редкий элемент. Даже в самородной форме она включает железо, иридий и осмий, реже медные вкрапления. Платина — металл инертный, не вступающий в реакцию с агрессивными химикатами. Она имеет температуру плавления/кипения 1768 0С /3825 0С соответственно.

Платину используют в химической промышленности, ювелирном деле, автомобилестроении, при разработке и выпуске космолетов. Запасы этого драгоценного металла сосредоточены в пяти странах мира, включая Россию, Америку, Китай.

Рений

Это один из редчайших элементов на планете. О нем узнали в 1925 году благодаря немецким химикам Вальтеру и Иде Нодаккам. Серебристо-белый металл назвали в честь знаменитой реки Рейн в Германии. Рений имеет ряд особенностей:

температура плавления — 3186 градусов Цельсия;
сохранение прочностных характеристик при частом остывании и нагревании;
температура кипения — 5596 градусов;
ковкость;
серебристо-белый цвет.

Эксплуатируется этот металл в авиационном и дорожном строительстве, подходит для изготовления деталей ракетных установок.

Нептуний

Этот радиоактивный элемент был получен при проведении ядерных реакций экспериментальным путем. Его открыли Макмиллан Э., Абельсон Ф. Название связано с восьмой по величине планетой Солнечной системы.

Нептуний плавится при 640 градусах Цельсия, а закипает при 3235 градусах. Это первый трансурановый элемент, который характеризуется хорошей ковкостью, быстро окисляется, но в реакцию с воздухом почти не вступает. При распаде этот металл опасен для человеческого организма, до 80 % частиц поражает костные ткани. Главная сфера применения — получение плутония.

Плутоний

Высокий уровень радиоактивности — главная отличительная особенность металла. В естественных условиях его почти не добывают. Основная доля получения плутония приходится на многоступенчатое урановое преобразование. Он имеет огромный военный потенциал, используется при создании ядерного оружия. Плутоний служит и энергетическим источником для космических кораблей. К характеристикам относятся:

температура кипения — 3235 градусов;
плохая токо- и теплопроводность;
температура плавления — 640 градусов.

Из-за радиоактивности плутоний всегда кажется теплым. Он стал первым химическим элементом искусственного происхождения, производство которого достигло промышленных масштабов.

Золото

Это один из самых пластичных металлов. Золото отлично проводит электрический ток и имеет высокую плотность. Если бы не высокая стоимость металла, его бы активно использовали в процессе производства микросхем. Но золото занимает ведущие позиции в ювелирном деле. Вот его ключевые характеристики:

температура плавления-кипения — 1064-2856 градусов Цельсия;
мягкость, тягучесть;
высокая теплопроводность;
не взаимодействует с кислородом;
устойчивость к химическим воздействиям.

Самые крупные запасы драгоценного металла зафиксированы на американском континенте. Золото применяется в стоматологии, гомеопатии, банковском деле, разных сферах промышленности. Это гарант валютной стабильности

Вольфрам

Блестящий металл светло-серого цвета является самым тугоплавким на планете. Вольфрам — «лидер» и по максимально высокой температуре кипения на земле. Она достигает 3745 градусов. Плавится металл при 3422 градусах Цельсия. Вольфрам хорошо проводит тепло и электрическую энергию, не боится воздействия кислоты, легко поддается ковке. Используют его при производстве авиационных моторов, вакуумных систем. Именно вольфрам служит основой для выработки жаропрочных сплавов, применяется для создания нитей накаливания.

Уран

В естественных условиях этот радиоактивный элемент проходит многоступенчатый процесс преобразования в свинец. Все четырнадцать этапов его трансформации могут длиться миллионы лет. Уран обладает следующими свойствами:

высокая пластичность (почти как у стали);
быстрое окисление;
самовоспламенение при 150 градусах Цельсия;
самая большая на планете атомная масса;
температура плавления/кипения — 1132 0С /3745 0С;
ковкость;
серебристо-белый или коричневатый окрас.

Уран активно используют при производстве ядерного оружия, реакторов, силовых установок. Ядерная промышленность — основная сфера эксплуатации этого вещества. Сейчас уран добывают преимущественно из морской воды.

Тантал

Редкий белый металл с синеватым оттенком, который обнаружен в начале девятнадцатого века. Но до середины 19 столетия его отождествляли с ниобием. Тантал — один из самых тугоплавких металлов. Температура плавления — 3017 градусов Цельсия, кипения — 5458 градусов. Тантал легко обрабатывается, почти не поддается разрушению, коррозии. Он вступает в контакт с воздухом только при температуре +280 градусов. К другим свойствам относятся:

устойчивость к агрессивным средам;
пластичность;
парамагнетизм.

В атомной промышленности, медицине, военной отрасли — тантал используется повсеместно.

Ртуть

металл с серебристым отливом, при комнатной температуре находится в жидком состоянии, имеет ядовитые пары. Это один из древнейших металлов, который находили в самородном виде. Ртуть получали и путем обжига киновари. Ее выделение в чистом виде было описано химиком Брандтом Д в 1734 году. Твердую ртуть впервые открыли Браун и Ломоносов. Ученые смогли заморозить ее и выделить следующие свойства:

электропроводность;
ковкость;
высокая токсичность;
температура плавления/кипения — 234К/629К.

Ртуть присутствует во многих сульфидных минералах — особенно в рудах и антимонитах. Ее используют при производстве барометров, термометров, манометров, вакуумных насосов, ламп.

Родий

Редкий металл с белым блеском относится к элементам платиновой группы. Родий эффективно противостоит коррозии. Он присутствует в природе в виде сплава или свободного металла, содержится в никелевых и платиновых рудах. Родий был открыт Уильямом Волластоном в 1803 году. Металл не окисляется при нагревании, не подвергается кислотному воздействию. Температура плавления/кипения — 1964/3695 градусов Цельсия.

Свыше 80 % мировых запасов родия уходит на производство катализаторов. Применяется он и при создании ядерных реакторов, в ювелирном деле. Из родия в сплавах с палладием и платиной делают покрытия, которым не страшна коррозия.

Рутений

Этот металл из платиновой группы встречается как второстепенный компонент руд. Твердый элемент белого цвета легко подвергается воздействию окислителей, растворяется в щелочах. Но рутений не способны разрушить кислоты — даже «царская водка». Температура плавления — 2334 градуса, а кипения — 4150 градусов Цельсия.

Рутений сплавляют с металлами, не относящимися к платиновой группе, для улучшения их свойств. Его используют в микроэлектронике, в турбинных реактивных силовых агрегатах, в качестве катализаторов.

Палладий

Редчайший минерал серебристого цвета не тускнеет на воздухе. Он был обнаружен в самородках в 1803 году. Ковкий, тягучий металл растворяется в азотной, серной кислотах, прокатывается до состояния проволоки. Парамагнитный элемент не отличается стойкостью к действию окислителей.

Температура плавления — 1554 градуса, кипения — 2940 градусов Цельсия. В земельных недрах доля достигает 6 %. Основные залежи — на Кольском полуострове, на Урале. Палладий используется как катализатор, востребован в аэрокосмической промышленности. Он входит в состав конденсаторов, задействован в медицине для изготовления протезов, кардиостимуляторов.

Таллий

Это тяжелый металл с голубоватым оттенком, который быстро окисляется от соприкосновения с воздухом из-за высокой химической активности. Таллий открыли в 1861 году в Великобритании спектральным методом. Он тускнеет на воздухе, присутствует в земной коре и морской воде — до 10 %. Таллий плавится уже при 304, а кипит — при 1473 градусах.

Металл применяется в медицинской сфере для кардиологических исследований, в приборах ночного видения и осветительном оборудовании.

Торий

Слаборадиоактивный металл серебристого цвета, который при длительном пребывании на воздух становится черным. Торий был выделен ученым Берцелиусом Й. Из торита в 1828 году и назван именем бога грома скандинавской мифологии. Он содержится в монаците, торианите, эвксените и других минералах. Основные месторождения сосредоточены на Шри-Ланке, в Индии, Австралии, США. Выделим свойства металла:

плохо растворяется в кислотах, не взаимодействует с едкими щелочами;
ковкость;
медленное корродирование в холодной воде;
легко воспламеняется;
температура плавления/кипения — 1750/4788 градусов.

Торий применяется в медицине (рентгеноконтрастные препараты), в металлургической промышленности и атомной энергетике.

Свинец

Легкоплавкий тяжелый серебристый металл с синеватым отливом. Это ковкий, токсичный элемент. Он легко обрабатывается, пластичен. Свинец получают из руд, в которых содержится галенит.

Металл обладает низкой теплопроводностью, подвергается механическим повреждениям, на воздухе покрывается тонкой оксидной пленкой. Он плавится при 327 градусах, а кипит — при 1749 градусах Цельсия. Свинец активно используется в медицине, геологии, для производства взрывчатки, аккумуляторных батарей.

Серебро

Это пластичный серебристо-белый благородный металл, который обладает высокой ковкостью. Он плавится при 962 градусах. Температура кипения — 2162 градуса Цельсия. Серебро содержится в земной коре (до 70 г/т), глинистых сланцах, входит в сульфиды меди.

Этот драгоценный металл широко эксплуатируется в медицинской отрасли, при производстве диагностического оборудования, в фотографии, при изготовлении катодов, в качестве дезинфектора.

Тулий

Занимает предпоследнее место в рейтинге самых тяжелых металлов в мире. Тулий относится к группе лантаноидов. Это серебристый металл с белым отливом, который легко обрабатывается. Соли тулия окрашены в зеленый цвет. Элемент открыл химик из Швеции Клеве Т. В в 1879 году. В коре земли тулия не больше 2,7 %. Температура плавления/кипения — 1818К/2220К.

Тулий используют для производства магнитных носителей информации, лазерных материалов, в атомной энергетике.

Самарий

Высокоактивный редкоземельный металл серебристого цвета был открыт в 1847 году русским горным инженером Самарским В.Е. и назван его именем. Самарий медленно окисляется на воздухе, растворяется в кислотах, вступает в реакцию с азотом, кремнием, углеродом и бором. Температура плавления — 1350К, кипения — 2064К.

Самарий применяется при изготовлении сверхмощных магнитов, тензочувствительных датчиков, в ядерной энергетике, при конструировании магнитных холодильников, в стекольном деле, в качестве огнеупорных материалов.

Таблица самых тяжелых металлов (список по убыванию плотности)

Читайте также: