Материалы: металлы, сплавы, стали, полимеры и другие

В строительстве, промышленности и других сферах жизни человека часто используются различные виды металлов. Они отличаются между собой свойствами, по которым их отбирают и применяют в той или иной области. Материалы получают разнообразными способами. Некоторые разновидности металлов соединяют вместе, чтобы получить сплавы, приобретающие уникальные физические и химические свойства.

Характеристики и признаки

Металлы представляют собой группу элементов в виде простых веществ, имеющих характерные металлические свойства. В природе они присутствуют в виде руд или соединений. Изучением характеристик этих материалов занимаются такие науки, как химия, физика и металловедение.

Металлы обладают совокупностью различных свойств. По механическим определяют их способность сопротивляться деформации и разрушению. Технологические помогают определить податливость материалов к различным видам обработки. Химические свойства показывают их взаимодействие с разными веществами, а физические говорят об их поведении в тепловом, гравитационном или электромагнитном полях.

Металлы классифицируют по следующим свойствам:

• Твёрдость — устойчивость материала к проникновению другого.
• Прочность — сохранение формы, структуры и размера после воздействия динамической, статической и знакопеременной нагрузки.
• Упругость — изменение формы без нарушения целостности при деформации и возможность возвращения к первоначальному виду.
• Пластичность — удерживание полученной формы и целостности под воздействием сил.
• Износостойкость — сохранение наружной и внутренней целостности под воздействием продолжительного трения.
• Вязкость — удерживание целостности под увеличивающимся физическим воздействием.
• Усталость — число и период циклических воздействий, выдерживаемых металлом без изменения целостности.
• Жароустойчивость — стойкость к высоким температурам.

Первостепенным признаком металлов выступает отрицательный коэффициент проводимости электричества, который при понижении температуры повышается, а при повышении — частично или полностью теряется.

Второстепенными признаками материалов являются металлический блеск и высокая температура плавления.

Кроме того, некоторые типы металлов, являющихся соединениями, могут быть восстановителями при окислительно-восстановительных реакциях.

Группа с железом и его сплавами

Чёрным металлам свойственны внушительная плотность, большая температура плавления и тёмно-серый окрас. К этой группе в основном относят железо с его сплавами. Для придания последним специфических свойств используют легирующие компоненты.

Рекомендуем:  Характеристика основных видов загрязнений окружающей среды

Подгруппы чёрных видов металлов:

• Железные — железо, кобальт, марганец, никель. Обычно их берут за основу или как добавку к сплавам.
• Тугоплавкие — вольфрам, молибден, титан, хром. Они плавятся при температуре, превышающей уровень плавления железа. Из тугоплавких разновидностей получают легированные стали.
• Редкоземельные — лантан, неодим, церий. Они имеют родственные химические свойства, но различаются по физическим параметрам. Используются как присадка к сплавам.
• Урановые (актиноиды) — актиний, нептуний, плутоний, торий, уран. Широко используются в атомной энергетике.
• Щёлочноземельные — кальций, литий, натрий. В свободном виде не применяются.

Металлы чёрной группы представлены сплавами железа с разным содержанием углерода и содержанием дополнительных химических элементов: кремнием, серой или фосфором. Популярными материалами выступают сталь и чугун. В стали содержится до 2% углерода.

Ей характерна хорошая пластичность и высокие технологические показатели. В чугуне содержание углерода может достигать 5%.

Свойства сплава могут отличаться с различными химическими элементами: с содержанием серы и фосфора повышается хрупкость, а с хромом и никелем чугун становится стойким к высоким температурам и коррозии.

Цветные разновидности

Цветные металлы более востребованы, чем чёрные, поскольку большая часть из них представляет собой сырье для производства металлопроката. Эта группа материалов отличается широкой сферой применения: они используются в металлургии, машиностроении, радиоэлектронике, сфере высоких технологий и других областях.

Классификация по физическим параметрам:

• Тяжёлые — кадмий, никель, олово, ртуть, свинец, цинк. В природных условиях они образуются в прочных соединениях.
• Лёгкие — алюминий, магний, стронций, титан и другие. Характеризуются невысокой температурой плавления.
• Благородные — золото, платина, родий, серебро. Для них свойственна повышенная стойкость к коррозии.

Цветные металлы отличаются небольшой плотностью, хорошей пластичностью, невысокой температурой плавления и преобладающими цветами (белым, жёлтым, красным). Из них изготавливается различная техника. Поскольку прочность материалов довольно низкая, их не используют в чистом виде. Из них производят лёгкие сплавы различного назначения.

Материалы этой группы характеризуются внушительным атомным весом и плотностью, превышающей показатель у железа.

Рекомендуем:  Особенности видов пластмасс, таблица и разновидности пластика

Большим спросом пользуется медь, которая выступает проводником электрического тока. Она отличается розовато-красным оттенком, маленьким удельным сопротивлением, хорошей теплопроводностью, небольшой плотностью, прекрасной пластичностью и устойчивостью к коррозии. В сфере техники используют сплавы меди: бронзу (с добавлением алюминия, никеля или олова) и латунь (с цинком). Бронзу применяют в производстве мембран, круглых и плоских пружин, червячных пар и разной арматуры. Из латуни изготавливают ленты, листы, проволоку, трубы, втулки, подшипники.

Группа тяжёлых металлов выступает одной из главных причин загрязнения окружающей среды. Токсичные вещества поступают в океаны через сточные воды с предприятий отрасли промышленности. Некоторые разновидности тяжёлой группы могут накапливаться в живых организмах.

Ртуть относится к высокотоксичным металлам для людей. При сжигании угля на электростанциях её соединения переходят в атмосферу, а затем преобразуются в осадки и попадают в водоёмы. Обитатели пресноводных и морских систем накапливают большое количество опасного вещества, что приводит к отравлениям или смерти людей.

Кадмий считается рассеянным и достаточно редким элементом, способным попадать в океан через сточные воды с металлургических предприятий. Это вещество в малом количестве есть в человеческом организме, но при высоком показателе он разрушает костную ткань и приводит к анемии.

Свинец в рассеянном состоянии присутствует почти везде. При избытке металла в организме человека наблюдаются проблемы со здоровьем.

Мягкие виды

Алюминий серебристо-белого цвета характеризуется лёгкостью, высокой устойчивостью к коррозии, хорошей электропроводностью и пластичностью. Характеристики материала сделали его полезным в самолётостроении, электропромышленности и пищевом производстве. Алюминиевые сплавы применяются в сфере машиностроения.

Магнию свойственна низкая коррозийная устойчивость, зато лёгкий материал незаменим в технической области. В сплавах с этим металлом используют алюминий, марганец и цинк, которые хорошо режутся и отличаются высокой прочностью. Магниевые сплавы используют в производстве корпусов для фотоаппаратов, двигателей и других приборов.

Титан применяют в машиностроении, ракетной отрасли и химической промышленности. Сплавы с содержанием этого вещества характеризуются небольшой плотностью, отличными механическими свойствами, коррозийной устойчивостью и податливостью обработке давлением.

Благородные материалы

Некоторые разновидности металлов редко встречаются в природе и отличаются трудоёмкими способами добычи. Металлы благородной группы — это:

• Золото.
• Серебро.
• Платина.
• Родий.

Рекомендуем:  Места образования, сбор и уничтожение отходов класса Б

Люди узнали о золоте ещё в эпоху каменного века. Самый дорогой металл в мире можно встретить в природе в виде самородков, в которых присутствует небольшое количество примесей. Также он встречается в сплавах с серебром.

Золото отличается теплопроводностью и очень низким сопротивлением. Из-за хорошей ковкости материал применяют в изготовлении ювелирных изделий.

Серебро идёт вторым по ценности после золота. В природе оно обычно встречается в качестве серебряной руды. Серебру характерны мягкость, пластичность, тепло- и электропроводность.

Платина, открытая в середине XX века, выступает редким материалом, который можно отыскать только в залежах различных сплавов. Её довольно трудно добывать. Ценность металла заключается в том, что он не подвергается воздействию кислот. При нагревании платина не изменяется в окраске и не окисляется.

Родий тоже относится к благородным металлам. Он обладает серебристым цветом с голубым отливом. Родий отличает устойчивость к химическим воздействиям и перепадам температур, но хрупкий металл портится под механическим воздействием.

Классификация по твёрдости

Металлы также делят на твёрдые и мягкие.

Самый твёрдый из чистейших материалов в мире — это хром. Он относится к тугоплавким разновидностям и отлично поддаётся механической обработке. Другим твёрдым элементом выступает вольфрам. Он характеризуется высокой температурой плавления, теплоустойчивостью и гибкостью. Из него выковывают различные детали и изготавливают небольшие элементы, необходимые для осветительных приборов. Вольфрам часто присутствует в тяжёлых сплавах. Твёрдые металлы сложно не только добывать, но и просто найти на планете. В основном их содержат упавшие на Землю метеориты.

К самым мягким металлам относят калий, натрий, рубидий и цезий. Также в этой группе состоят золото, серебро, медь и алюминий. Золото присутствует в морских комплексах, осколках гранитов и человеческом организме. Внешние факторы способны разрушить ценный металл.

Мягкое серебро применяют в изготовлении посуды и ювелирных украшений. Натрий широко используют практически в любой промышленной отрасли.

Ртуть, выступающую самым мягким металлом в мире, применяют сельскохозяйственной и химической промышленности, а также электротехнике

Источник: https://vtothod.ru/klassy/kakie-byvayut-vidy-i-tipy-metallov-i-ih-splavov

Металлы и сплавы

Подробности Категория: Металл

Металлы и сплавы 

                                                 В промышленности металлы применяются в основном в виде сплавов: черных (чугун, сталь) и цветных (бронза, латунь, дюралюминий и др.)

.Сталь и чугун — это сплавы железа с углеродом. Но в стали содержание углерода немного меньше, чем в чугуне.

В чугуне содержится от 2 до 4% углерода. В состав чугуна входят также кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун — хрупкий твердый сплав. Поэтому его используют в тех изделиях, которые не будут подвергаться ударам. Например, из чугуна отливают радиаторы отопления, станины станков и другие изделия.

Сталь, как и чугун, имеет примеси кремния, фосфора, серы и других элементов, но в меньшем количестве. Сталь не только прочный, но и пластичный металл. Благодаря этому она хорошо поддается механической обработке. Сталь бывает мягкой и твердой.

Из очень твердой стали делают металлические конструкции (конструкционная сталь) и режущие инструменты (инструментальная сталь). Инструментальная сталь имеет большую, чем конструкционная, твердость и прочность.

Добавление в сталь таких элементов, как хром, никель, вольфрам, ванадий, позволяет получить сплавы с особыми физическими свойствами — кислотостойкие, нержавеющие, жаропрочные и т. д.

Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах. Руду вместе с коксом (специально обработанным углем, который дает при горении высокую температуру) загружают в доменную печь сверху.

Снизу в домну все время вдувают чистый горячий воздух, чтобы кокс лучше горел. Внутри печи образуется высокая температура, руда плавится, и полученный чугун стекает на дно печи. Расплавленный металл вытекает из отверстия домны в ковши.

Из смеси чугуна со стальным ломом в мартеновских печах, конверторах и электропечах получают сталь.

                         Из цветных сплавов наиболее широко применяются бронза, латунь и дюралюминий.

Бронза — желто-красный сплав на основе меди с добавлением олова, алюминия и других элементов. Отличается высокой прочностью, стойкостью против коррозии. Из бронзы отливают художественные изделия, делают сантехническую арматуру, трубопроводы, детали, работающие в условиях трения и повышенной влажности.

Латунь — сплав меди с цинком, желтого цвета. Имеет высокую твердость, пластичность, коррозийную стойкость. Выпускается в виде листов, проволоки, шестигранного проката и применяется чаще всего для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности.

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, цинком, магнием и другими металлами, серебристого цвета. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, хорошо обрабатывается. Дюралюминий широко применяют в авиастроении, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Основные свойства металлов

Вы знаете, что металлы обладают различными свойствами. Одни из них мягкие, вязкие, другие твердые, упругие или хрупкие. Знать свойства металлов необходимо для того, чтобы правильно определить наиболее подходящий для того или иного изделия материал.

Физические свойства.

К этим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления.

Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах.Металлы различаются по цвету.

Например, сталь — сероватого цвета, цинк — синевато-белого, медь — розовато-красного.

При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.

Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем не окисленного.

Удельный вес — вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах. Например, углеродистая сталь имеет удельный вес, равный 7,8 г/см3.

В авто- и авиастроении вес деталей является одной из важнейших характеристик, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими.

Чем больше удельный вес металла, тем более тяжелым (при равном объеме) получается изделие.

Теплопроводность — способность металла проводить тепло — измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за 1 мин. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.

Температура плавления — температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. У стали, например, температура плавления гораздо более высокая, чем у олова.

Механические свойства.

К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость.Эти свойства обычно являются решающими показателями, по которым судят о пригодности металла к различным условиям работы.

Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела. Если ударить молотком по кернеру, поставленному на стальную пластинку, образуется небольшая лунка. Если то же самое сделать с пластинкой из меди, лунка будет больше. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругость — свойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки.

Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов. Попробуйте одновременно растянуть и отпустить пружины из стальной и медной проволоки.

Вы увидите, что первая вновь сожмется, а вторая останется в том же положении. Значит, сталь более упругий материал, чем медь.

Пластичность — способность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.

Вязкость — способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Например, если наносить удары по чугунной плите, она разрушится.

Чугун — хрупкий металл. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

Источник: http://technologys.info/metall/splavy

Разница между полимерами и металлами

Основное различие между полимерами и металлами заключается в том, что полимеры являются более легкими материалами по сравнению с металлами.

Если мы возьмем шарик из полимерного материала, такого как пластик, и шарик из металла одинакового размера, мы увидим, что металлический шарик тяжелее пластикового шарика.

 Кроме того, есть больше различий между полимерами и металлами, которые мы обсудим в следующем тексте.

Содержание

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое полимеры
3. Что такое металлы
4. Сравнение — полимеры в сравнении с металлами
5. Резюме

Какие полимеры?

Полимер представляет собой макромолекулярный материал, имеющий большое количество повторяющихся звеньев, связанных друг с другом ковалентными химическими связями. Эти повторяющиеся звенья представляют собой мономеры, которые были использованы для получения полимера.

Следовательно, мономеры подвергаются процессу, называемому полимеризацией, с образованием полимера. Существует в основном два типа полимеров, и это натуральные и синтетические полимеры.

Природные полимеры в основном включают биополимеры, такие как белок и нуклеиновые кислоты, в то время как синтетические полимеры включают полимерные материалы, созданные человеком, такие как пластик, нейлон и т.д.

Поскольку существует много известных полимерных материалов, мы классифицируем их по нескольким группам для удобства изучения. Эти классификации могут быть по-разному; в зависимости от структуры, свойств, морфологии и т.д.

Например, мы можем классифицировать эти материалы по структуре как линейные, разветвленные и сетчатые полимеры. Кроме того, мы можем классифицировать их по их свойствам как термопластичные, термореактивные и эластомерные.

По морфологии мы можем классифицировать их как аморфные, полукристаллические и кристаллические полимеры.

Более того, у полимеров много желательных свойств из-за большой молекулярной массы. Эти свойства включают в себя ударную вязкость, вязкоупругость, склонность к превращению в стеклообразное состояние, высокое отношение прочности к массе и т.д. Кроме того, эти материалы намного дешевле и экономичнее по сравнению с некоторыми другими материалами, такими как металлы.

 Кроме того, эти металлы включают чистые элементы или сплавы (сплав представляет собой комбинацию двух или более металлов и некоторых других неметаллов).

 Кроме того, есть несколько типов металлов в периодической таблице элемента; щелочные металлы, щелочноземельные металлы, переходные металлы и др.

Соусник из металла

При рассмотрении свойств эти материалы имеют очень благоприятные свойства для конструкций, а также для других применений, таких как изготовление ювелирных изделий, инструментов, транспортных средств и т.д. Некоторые из этих важных свойств включают блестящий внешний вид, высокую плотность, ковкость, пластичность, высокую прочность, высокую теплопроводность и электропроводность и др.

Полимер представляет собой макромолекулярный материал, имеющий большое количество повторяющихся звеньев, связанных друг с другом ковалентными химическими связями, в то время как металлы являются либо чистыми элементами, либо сплавами. Поэтому они имеют разные химические и физические свойства.

 Основное различие между полимерами и металлами заключается в том, что полимеры легче, чем металлы. Тем не менее, металлы имеют блестящий внешний вид и высокую тепловую и электрическую проводимость. Кроме того, отношение прочности к массе полимерных материалов выше, чем у металлов.

 Кроме того, еще одно важное различие между полимерами и металлами заключается в том, что металлы очень податливы и пластичны, в то время как большинство полимеров — нет.

  Разница между парафиновым воском и свечным воском

Кроме того, полимеры содержат повторяющиеся звенья, связанные ковалентными химическими связями, которые представляют собой мономеры, используемые при получении полимера.

 Но чистые металлы имеют катионы металлов и электроны, связанные друг с другом через металлические связи и сплавы, которые также содержат два или более металлов и неметаллов.

 Следовательно, это существенная разница между полимерами и металлами.

Полимеры и металлы являются очень важными материалами в различных отраслях промышленности, а также в наших повседневных потребностях. Ключевое различие между полимерами и металлами состоит в том, что полимеры являются легкими материалами по сравнению с металлами.

Источник: https://raznisa.ru/raznica-mezhdu-polimerami-i-metallami/

Болтон У. — Конструкционные материалы. Металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты

      Болтон У.  Конструкционные материалы: металлы, сплавы,  полимеры, керамика, композиты: Карманный справочник. /Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2004. — 320 с, ил. (Серия «Карманный справочник»)

ISBN 5-94120-046-3

В справочнике представлен весь спектр материалов,  применяемых в машиностроении и электротехнике: железо,  алюминий, медь, магний, никель, титан, сплавы на их основе,  полимерные, керамические и композитные материалы.

Приведены сведения об их химическом составе, физических, термических и механических свойствах. Дается система кодирования  материалов по американскому и британскому стандартам.

  Рассматриваются способы обработки и методы испытаний представленных материалов.

Справочник снабжен удобным предметным указателем и предназначен для работников и студентов соответствующих технических специальностей для использования в  повседневной работе.

Предисловие

Цель этой книги состоит в том, чтобы дать инженерам и  студентам дешевый и краткий, карманного формата, справочник по материалам, применяемым в технике, таким, как сплавы на  железной основе, цветные металлы, полимеры, керамика и  композитные материалы. Такой она была задумана в первом издании, выдержана во втором и настоящем третьем издании.

Во втором издании текст был расширен, в него были включены  дополнительные главы. Третье издание отличается от второго  включением Главы 19 «Выбор процессов изготовления». Книга может быть полезной, в частности, студентам, занятым проектной  работой.

Справочник не претендует на то, чтобы заменить большие подробные спецификации, имеющиеся в  национальных и международных группах стандартов.

В помощь читателю для информации о свойствах материалов в Главе 1 приводится краткое описание необходимых терминов, с которыми он столкнется в этой книге. В Главе 2 излагаются  основные методы испытаний материалов. В Приложении даны  переводные коэффициенты и таблицы для различных единиц  размерностей, применяемых в описании свойств материалов. Главы 3…

11 посвящены свойствам следующих основных технических материалов: сплавы на железной основе, алюминий, медь,  магний, никель, титан и сплавы на их основе, полимеры, керамика и композитные материалы.

Как правило, главы разбиваются на пять следующих разделов: обсуждение материалов, детали  кодирования систем и составов, информация о тепловой обработке, свойства материалов и типичные области их применения. Коды и данные приведены для двух стандартов — американского и британского. Для помощи читателю в выборе материала в Главах 12…

16 разделы сгруппированы по следующим его свойствам: электрическим, магнитным, механическим, тепловым,  сопротивлению коррозии и износу. В Главе 18 обсуждаются  характеристики процессов, которые можно применять для получения  различных форм изделий. Глава 19 посвящена выбору процессов.

Кроме того, в Приложении даны переводные коэффициенты и таблицы различных единиц размерности, применяемых в  описании свойств материалов, а также предметный указатель. Книга имеет отношение, по существу, к свойствам  материалов, и данные научного характера приводятся очень кратко. Для получения дополнительной информации читателю рекомендуем воспользоваться следующими учебниками:

Anderson J.C., Leaver K.D., Rawlings R.D. and Alexander J.M. (1985). Materials Science (Van Nostrand, 3rd Ed.).

Bolton W. A998). Engineering Materials Technology (Butterworth-Heinemann, 3rd Ed.). Mills N.N. A986). Plastics: Microstructure, Properties and Applications (Arnold).

Smith W.F. A981). Structure and Properties of Engineering Alloys (McGraw-Hill).

Для обсуждения оптимальных процедур, с целью  обдуманного выбора материалов, отсылаем читателя к следующим книгам:

Ashby M.F. A999). Materials Selection in Mechanical Design (Butterworth-Heinemann).

Bolton W. A998). Engineering Materials Technology (Butterworth-Heinemann, 3rd Ed.).

Crane F.A.A. and Charles J.A. A997). Selection and Use of Engineering Materials (Butterworths-Heinemann, 3rd Ed.).

Farag M.M. A989). Selection of Materials and Manufacturing Processes for Engineering Design (Prentice Hall).

Для обсуждения выбора процессов автор рекомендует книгу Swift K.G. and Booker J.D. Process Selection (Agnold 1997).

Данные, использованные в этой книге, получены из  обширного ряда источников. Основными из них были: Публикации Британского института стандартов, Публикации Американского общества производителей металлических материалов, Торговые ассоциации.

У. Болтон

Ссылки на источники

Выдержки из британских стандартов воспроизведены с  разрешения Британского института стандартов (BSI). Комплект  копий документов был получен почтой из Британского института стандартов, продажа (BSI Sales), Linford Wood, Milton Keynes, BucksMK16 6LE.

• Гл ава первая
• Терминология
• Определения терминов, характеризующих свойства  материалов, используемых в технике, приведены в алфавитном  порядке.

Азотирование. Химико-термическая обработка стали,  которая заключается в диффузионном насыщении  поверхностного слоя стали атомарным азотом при нагреве стали до 500…650°С в атмосфере аммиака с распадом его на атомарный азот и водород. В результате Аз.

сред неуглерод истых  легированных сталей образуются нитриды легирующих элементов и стали приобретают особо высокую твердость,  износостойкость и увеличивается предел их выносливости не менее чем на 30%. Аз.

углеродистых сталей приводит к повышению  коррозионной стойкости.

Аморфное состояние вещества.

Одно из состояний  твердого вещества (другое — кристаллическое), в котором  центральные атомы твердого вещества и ближайшие к ним будут располагаться в определенном порядке, но по мере удаления от них этот порядок нарушается и расположение атомов  становится случайным, т.е. присутствует ближний порядок  расположения атомов и отсутствует дальний. Кроме того,  вещество в А. с. не имеет определенной точки  плавления/отвердевания при нагревании/остывании. Примерами служат стекло,  канифоль.

Анодирование. Электрохимический процесс образования оксидных пленок или покрытий в соответствующем растворе, при котором металл служит анодом.

Поверхностная оксидная пленка покрывает металл и составляет с ним одно целое. Ан.

  повышает такие свойства металлов, как коррозионную стойкость, сопротивление истиранию, твердость, изменяет отражательные и излучательные характеристики. Улучшается внешний вид  подвергшегося Ан. металла.

Атактическая структура. Это полимерная структура  (полимер), у которой расположение боковых групп молекулярной  цепочки, таких как С#3, относительно плоскости основной цепи нерегулярно, хаотично. Атактический полимер не способен  кристаллизоваться, является аморфным.

Аустенизация. Процесс, происходящий тогда, когда  железный сплав нагрет до температуры, при которой его структура превращается в аустенит.

Бейнит. Структура стали, образующаяся в результате  промежуточного превращения аустенита. Состоит из  высокодисперсной смеси частиц пересыщенного углеродом феррита и карбида железа. В стали с бейнитной структурой имеется остаточный  аустенит. Эта структура тверже, чем полученная при отжиге, но мягче, чем мартенсит.

Вязкость разрушения. Критерий трещиностойкости для наиболее жесткого нагружения — плоской деформации нагружением — при достижении критического значения перехода стабильной трещины в нестабильную и обозначаемый Kjc.

Он показывает значение напряжения вблизи вершины трещины, имеющей тупой раскрывающийся вид в момент разрушения, и связывает приложенное среднее напряжение с критической  длиной трещины. Единица измерения К1с — МПам1/2.

Критерий Kic позволяет определить безопасный размер трещины при  известном рабочем напряжении и характеризует сопротивление развитию вязкой трещины.

Гомополимер. Полимер, макромолекулы которого  построены из одинаковых по химическому строению многочисленных элементарных звеньев молекул (мономеров).

График S/N. График амплитуды напряжения S, деленной на число циклов N испытаний на усталость. Амплитуда  напряжения — это половина алгебраической разности между  максимальным и минимальным напряжениями, при которых испытывался материал. (См. Испытание на усталость в Гл. 2.)

График напряжение—деформация. График напряжение— деформация обычного растяжения, применяемый в технике  напряжений (см. Напряжение) и технике деформаций (см.  Деформация). На Рис. 1.5 показан пример формы одного такого  графика для металла, подобного стали. (См. Испытание на растяжение в Гл. 2.)

1. Глава вторая
2. Методы испытаний
3. Рассмотрим несколько обычных методов испытаний,  применяемых для определения свойств материалов, используемых в технике.
4. Испытание на изгиб

Изгиб — это результат испытания образца, когда в образце  возникают растягивающие и сжимающие напряжения. На изгиб испытываются материалы с малой пластичностью: чугуны, стали  инструментальные, стали после поверхностного упрочнения, керамики.

Используют 2 схемы нагружения сосредоточенной силой. Образец помещают на 2 опоры — нагрузка дается по центру. 2-я схема — двумя симметричными силами (испытание на чистый изгиб), каждая составляет 1/2 общей нагрузки симметрично на полусумме расстояний от центра до каждой опоры. 

Характеристиками, которые определяют, служат предел прочности при  изгибе и угол изгиба (см. Рис. 1.1).

Испытание на ползучесть

Для металлов, исключая очень мягкие, подобные свинцу, при нормальных температурах испытаниями на ползучесть  пренебрегают. Но они становятся важными при повышенных  температурах. По этой причине испытания на ползучесть проводят в основном при высоких температурах. На Рис. 2.1  схематически показан такой вид испытания.

Температура образца  поддерживается постоянной с помощью управляющего устройства, имеющего термодатчик, присоединенный к образцу. Удлинение образца измеряется в зависимости от времени. Испытания могут продолжаться довольно долго.

Для полимерных материалов  ползучесть, как правило, весьма значительна и при нормальных температурах.

Результаты испытания на ползучесть могут быть  представлены графиком деформации в зависимости от времени при  определенном напряжении до разрыва образца в какой-то момент  времени (см. Разрывное напряжение, Гл. 1) или, в частности для полимерных материалов, изохронным графиком напряжение —  деформация (см. Модуль ползучести, Гл. 1), или характеристикой модуля ползучести (см. Гл. 1).

…

Источник: http://www.zodchii.ws/books/info-1226.html

Созданы новые металлы и сплавы с уникальными свойствами – интеллектуальные материалы

Изделиями из металлов пронизана вся жизнь современной цивилизации.

Конкурировать с ними пытаются новые материалы: пластмассы, полимеры, керамика, и совершенно новые составы, аналогов которых не было в природе.

Но в лабораториях непрерывно создаются все новые металлы и сплавы, включая и из семейства интеллектуальных материалов, которые порою обладают уникальными свойствами.

Прежде, чем перейти к новым и часто уникальным материалам, вспомним характеристики, что такое сплав. Сплав представляет собой комбинацию металла по меньшей мере с одним другим металлом или не металлом.

Наиболее распространенный способ объединения металлов в сплав — это плавить их, смешивать их, а затем дать им затвердеть и остыть до комнатной температуры.

Почему используются сплавы?
Металлические сплавы используются потому, что они обычно имеют улучшенные механические или химические свойства. Легирующие элементы могут быть добавлены к металлу для увеличения ряда свойств, включая твердость, прочность, коррозионную стойкость, обрабатываемость и многое другое.

Что такое обычные сплавы?
Сплавов так много в металлообрабатывающей промышленности, что их очень сложно даже перечислять. На практике значительно реже работать с нелегированным или «чистым металлом».

Даже низкоуглеродистая мягкая сталь — возможно, наиболее часто используемый материал при изготовлении металлов — это сплав железа и углерода.

Чугун — это еще один сплав железа и углерода, содержание углерода в котором даже выше, чем у мягкой стали.

А сейчас перейдем к непосредственной теме о новом в металлах и сплавах.

В августе 2018 сообщили (Sandia National Laboratories), что команда материаловедов разработала новый платиново-золотой сплав, который считается самым износостойким металлом в мире. Он в 100 раз прочнее, чем высокопрочная сталь, что делает его первым сплавом или комбинацией металлов того же класса, что и алмаз и сапфир, самые износостойкие природные материалы.

А журнал Science Advances сообщил о сплаве золота и титана, который в четыре раза тверже исходного материала- титана и главное- самый твердый материал, совместимый с живыми тканями. Поэтому это уникальная работа в Университета Райс, Хьюстон для создания медицинских имплантатов будущего поколения, прежде всего для зубных кабинетов и клиник, и для ортопедии суставов.

Журнал Nature, как это часто бывает, сообщает о новом меняющемся кристалле металла, созданном учеными в университете Миннесоты, США.

Это позволяет изменить его форму десятки тысяч раз, когда он нагревается и охлаждается без всякого ухудшения его характеристик, в отличие от существующих технологий.

В настоящее время образцы металла мартенсит выполнены из легированной смеси никеля и титана. Они имеют замечательную способность «помнить» свою форму и даже после деформации вернутся к своей первоначальной форме.

• Они были использованы в оболочках проводов, но также и в хирургии для формирования основы исцеления поврежденных костей, а также «стентов» для открытых артерий.
• Мартенситные металлы меняют форму при нагревании или охлаждении при определенной температуре, когда атомы, которые составляют их структуру, внезапно перестраиваются в другом порядке.
• Изменчивая форма умного металла для шевронов на задней части двигателя, может заставить его работать более спокойно.
• Такое преобразование означает, что мартенсит может быть использован в интеллектуальных механизмах, которые реагируют на изменение температуры.

Примеры включают автоматические окна — открывалки в теплицах, средства для автоматической ориентировки направления солнечных панелей, вплоть до использования их в космических телескопах. Совсем недавно, предложено использование разработки в задней кромке капота самолета «Boeing 787» чтобы сделать более тихим рев двигателя при взлете.

Пока еще в мартенситах до конца не устранена проблема, когда после повторного изменения формы, могут возникнуть напряжения внутри, что ухудшает их свойства, и в некоторых случаях разорвать их на части.

Но разработанный новый сплав из смеси цинка, золота и меди, изменяет форму почти до бесконечности с небольшим внутренним напряжением, открывая новые области применения для этих типов «активных материалов».

Следующей целью становится применить уроки, извлеченные из создания и эксплуатации нового металла, чтобы сделать семью керамических твердых веществ, которые также могут менять свою форму туда и обратно.

Стало вполне возможным сделать устройства, которые преобразуют тепло в электричество напрямую. Они могли бы использовать отработанное тепло от компьютеров и сотовых телефонов, чтобы зарядить аккумулятор и сделать их более эффективными.

Ученые пишут, что кристаллы можно увидеть на его поверхности металла в виде постоянно меняющихся узоров, и как микроскопических рек.

Структуры совмещаются без конфликтов между ними, и это, кажется, ключ к их долговечности и большому потенциалу.

Такого рода вещи уже используются в системах мониторинга давления шин в автомобилях для питания электронных датчиков.

Представленный материал дает обильную пищу для новаций всем сферам бизнеса в области производства, совершенствования технологий, и оказания новых инновационных услуг.

Но, чтобы не пришлось изготовливать, за чтобы не пришлось браться, как в быту, на даче, так и на стройке, в производстве, в автосервисе, не обойтись без проверенных временем металлов: металлопроката, уголка и других, в частности, вот здесь kt-stal.com.ua/.

Не только в университете Минесоты создают инновационные металлы. В Йельском университете разработали металлические сплавы, которые легко поддаются формованию и еще … прочнее стали. Новые материалы по цене такие же, как высокого класса стали, но они могут быть обработаны так же дешево, как и пластик.

Если речь зашла о ценах, то назовем одну из них на сплав с содержанием алюминия. Так цена за сплав LME Aluminium Alloy 3M стоит в среднем 1190-1200 долларов за одну метрическую тонну.

Кстати, если в в нанозернистом алюминии вместо проблемных дефектов «упаковки» получить двойные границы путем формирования фазы 9R бомбардировкой ультратонкой алюминиевой пленки крошечными микрочастицами из диоксида кремния, используя технику испытания удара снаряда лазером, путем введения атомов железа в кристаллическую структуру алюминия с помощью процедуры, называемой магнетронным распылением, то покрытия из алюминиево-железных сплавов оказались одними из самых прочных алюминиевых сплавов, когда-либо созданных, сравнимых с высокопрочными сталями.

Продолжая тему новых сплавов и что это такое, подоспела и еще одна революционная статья. Металлы дадут, скорее всего, новые инновационные двигатели из опилок.

Все течет, все изменяется, и наука дает все новые и удивительные материалы, технологии и решения.

Что может быть нового в цементе, кроме повышения его прочности морозостойкости? А как вам цемент, который светится в темноте? Представили такое здание? Такой цемент уже есть, и его создали мексиканские ученые из университета UMSNH г. Морелия, который генерирует собственный свет.

Белок и сера станут основой для бетона для производства конструкций для поселений на Марсе, где вода является дефицитом, утверждают исследователи из Северо-Западного университета США.

Бетонные изделия могут накапливать дефекты и нуждаться в ремонте, особенно армированные материалы внутри. Ну что же, давайте их ремонтировать на ходу, рещила компания TU Delft, и разработала формулу бетона, которая позволяет отливать бетонные изделия без пропуска воды к арматуре при появлении в нем трещин.

А вот группа исследователей из Королевского технологического института в Стокгольме недавно разработала Optically Transparent Wood (TW) — новый материал, на основе процесса по химическому удалению лигнина из дерева, что делает его очень белым.

Следующее решение в области строительных материалов делает ненужными кондиционеры. Ученые в Институте передовой архитектуры Каталонии — IAACсоздали новый материал под названием Hydroceramics.

Он состоит из пузырьков гидрогеля, которые способны удерживать в воде до 400 раз больше их объема.

Исследователи из Технологического института Мельбурна (широко известного как Университет RMIT) вообще посходили с ума. Они кирпичи из глины заполняют около 1 процента его объема окурками. Кирпич при этом легче и решена проблема утилизации окурков от сигарет. Вот бы эти кирпичи хотя бы в самые курящие страны, включая Россию.

Используя плавучие доки из полиэтилена высокой плотности, уже строят причалы на берегах моря, как это сделано над водой озера Исео в Италии (фото).

Компания Komatsu Seiren Fabric Laboratory из Японии создала новое термопластическое углеродное волокно под названием CABKOMA Strand Rod, которое легкое, заменяет сталь в арматуре в антисейсмичных конструкциях.

Мебель часто надоедает. Мы покупаем новую, но что делать со старой. А что если новую мебель сделать биоразлагаемой, например, из компоста? Задумано…, сделано- компаниями Terreform ONE и Genspace, да так, что некоторые образцы дачной мебели можно свернуть при желании трубкой.

Дышащий кирпич (Breathe Brick) поглощает загрязнения становится отличным элементом в системе вентиляции зданий.

А компания Glassolutions предлагает усиленные тепло-и звукоизолирующее, огнестойкое стекло, включая и из стеклокерамики. Нельзя здесь не упомянуть и новичка среди стеклянных изделий- монохромного стекла, которое темнеет в ответ на электрический заряд, предлагая полный контроль за передачей солнечной энергией и теплопередачей в зданиях.

1. На этом и закончим пока рассказ о новых металлах и сплавах с уникальными свойствами, часть из которых прототипы семейства интеллектуальных материалов.
2. Приготовить хлорное железо купить нельзя.
3. Добавьте статью в закладки, чтобы вновь вернуться к ней, нажав кнопки Ctrl+D .

Подписку на уведомления о публикации новых статей можно осуществить через форму «Подписаться на этот сайт» в боковой колонке страницы.

Внимание! АВТОРСТВО ВСЕХ СТАТЕЙ ЗАЩИЩЕНО. Копирование и публикация на других сайтах
статьи или ее фрагментов без согласия автора или без активной гиперссылки ЗАПРЕЩЕНЫ.

Источник: https://deepcool-ma.com/sozdany-novye-metally-i-splavy-s-unikalnymi-svojstvami-intellektualnye-materialy/.html

О металлах и сплавах

Здравствуйте, друзья! Сегодня я предлагаю рассмотреть некоторые металлы и их сплавы. Постараемся в этой статье охватить все возможности и характеристики металлов и выделим основные их достоинства и качества.

Металлы и их сплавы

Железо

Железо не считается древним открытием человека. Его начали производить только в 13 веке до нашей эры. Постепенно оно заслуживало все больше значения не только в производстве, но и в деле постройки дома, и др. различных строений.

Без железа и изделий из него, сейчас трудно представить любую хозяйственную и строительную деятельность, хотя справедливости ради надо заметить, что прогресс не стоит на месте, и все чаще железо заменяется различными видами пластика. Но как бы там не было, есть случаи когда его не заменит ничто.

Хотя как знать, прогресс такая штука…

Итак, обычно в работах по металлу применяется не чистое железо, а сплавы – чугун или сталь.

Сплав железа с углеродом

Сплав железа с содержанием углерода, превышающего 2% — есть чугун.

Определение марки стали по искре

Чугун почти не поддается обработке (и уж тем более сверлению), отличается высокой хрупкостью. Применение чугуна весьма ограничено (чаще его используют при литье, всем например известны старые, «добрые» чугунные отопительные батареи).

Сплав железа с содержанием менее 2% углерода – это сталь. Она различается по количеству содержания в себе углерода.

Малоуглеродистый сорт стали (углерод не превышает 0,3%) больше годится для чеканки или ковки вручную, поэтому её ещё называют поделочной. Этот сорт стали превосходно поддается сварке и соответствует высокой стадии ковкости. Плохо поддается закаливанию лишь особо низкоуглеродистая сталь (меньше 0,1% углерода).

Средне-углеродистый сорт стали (сочетает до 0,85% углерода) применяется для производства большинства метало-изделий. Т.н. конструкционная сталь. Отлично поддается закаливанию и ковке, но очень плохо поддаются сварке.

Высоко-углеродистая сталь (сочетание углерода достигает до 1,35%) является самой твердой, и применяется для производства частей механизмов и инструментов, подверженных высокому износу. Эта сталь практически не куется и плохо поддается сварке.

Сталь для разных поделок выпускается в виде заготовок, на производствах. Но выгоднее использовать ее детали, которые пришли в негодность. Чтобы узнать к какому сорту стали относится деталь, есть много различных методов определения.

Существуют специальные таблицы по которым довольно точно можно узнать марку, и даже содержание добавок в стали.

Профили металлов, металлосырье

Листовой металл делится на тонко-листовой и толсто-листовой.

Края листового металла лучше всего обработать стругом, полученным из использованного ножовочного полотна. Абразивным трехгранным бруском вытачиваем в полотне угловой вырез – струг готов.

Стальные трубы производятся бесшовными (цельнотянутые) или сварные (внахлестку). Первые известны как газовые или паровые трубы.

Удобнее всего резать жестяную трубу – консервным ножом. Заход делаем обычной ножовкой.

Трубы из чугуна обычно используются в водо-канализационных системах.

Проволока имеет три (основные) и более видов сечений — квадратное, круглое или прямоугольное. Ее поверхность может быть омедненная, луженая, оцинкованная или неизолированная. Также может быть упругой либо мягкой.

Стержни производятся круглого, шестигранного, квадратного или плоского сечения.

Искусство самостоятельного приготовления легких сплавов могут стать очень полезным. Самое главное не допустить перегрева металла.

Металлы и сплавы

Самые распространенные виды металлов и сплавов являются: —медь, бронза, латунь, алюминий, цинк, свинец, олово, хром, никель, нейзильбер и мельхиор.

 Легкие сплавы

Для поделок как правило используется чистая медь (то есть красная), или различные легкие сплавы.

Красная медь особо подходит для чеканки, она очень ковкая, легко обрабатывается различными хим. веществами, для получения разных оттенков цвета. Кроме того она прекрасно шлифуется и полируется, характеризуется высоким сопротивлением к коррозии.

Минусом же красной меди является её плохая свариваемость (необходимы особые электроды для сварки) и быстрое окисление на открытых воздушных массах, отчего её первоначальный блеск теряется.

Медные заготовки (пруты)

Бронзу получают при сплавлении олова с медью. Заготовки из нее более твердые и прочные, чем из самой меди. Бронза отлично годится для литья и ковки. Готового сплава бронзы, вы вряд ли найдете в продаже. Поэтому мастера чаще производят ее сами.

Листы бронзы и латуни в рулонах

Латунь – есть сплав меди и цинка. В кузнечных делах её используют с отдельными легирующими элементами: алюминием, никелем, свинцом и т. п.

Латунь лучше полируется и режется, нежели красная медь. Она прекрасно покрывается золотом, серебром, никелем. Но латунь в пластичности уступает меди.

Алюминий – легкий, мягкий металл светло-серебристого цвета. Его плотность в три раза ниже чем у стали. Алюминий, а в частности его сплавы (высокопрочный конструкционный, технический деформированный, дюралюминий и пр.), которые широко используются в легкой промышленности, отлично обрабатываются в обычных условиях.

Цинк имеет серебристо-голубой оттенок. При воздействии с кислородом покрывается матовой пленкой, она предохраняет металл от коррозии. Цинк очень полезен для защиты различных черных металлов от коррозии, и в этом он чаще всего применяется (т.н. «оцинковка» — например всем известные водосточные трубы, оцинкованный металл автомобилей, и т.д.).

Цинк в чушках

Свинец – мягок, пластичен и в то же время тяжелый металл. Устойчив к воздействию кислот. Как правило используется для производства легкоплавких припоев, и в электрохимической промышленности.

Олово – пластичный и мягкий металл светло-серебристого цвета. Используется для образования антикоррозийных покрытий. Устойчив к пищевым кислотам и потому широко используется при изготовлении крышек, консервных банок и пр.

Хром – металл светло-синего цвета. Обладает превосходными антикоррозийными свойствами и высокой твердостью. Эффективность изделий из стали или чугуна покрытых хромом, существенно возрастает.

Никель – светло-серебристый металл. Но в отличие от хрома имеет нежный желтоватый оттенок. Более устойчив к воздействиям агрессивных сред. Как и хром имеет широкое использование для защиты декоративных покрытий металлов – так называемая никелировка.

Нейзильбер и мельхиор образуется путем сплавления меди и никеля. Присутствия меди в них достаточно высоко – 82% и 66% соответственно. Из-за этого они отличаются хорошей пластичностью.

Во время обработки уксусного свинца и гипосульфата натрия, дают разные оттенки. Поверхности данных металлов прекрасно полируются и несут ряд других важных особенностей.

На этом заканчиваю статью про металлы и их сплавы.

Источник: http://odnastroyka.ru/metally-i-ix-splavy/