Cвойства металлов и сплавов
сплавов и Свойства металлов делятся на:
1) физические; 2) механические; 3) технологические; 4) химические.
Физические особенности
блеск и Цвет. Эти два особенности обусловливают по большей части внешний вид металла и являются очень значительными для живописца. Этими особенностями характеризуются художественно-эстетические преимущества металлов как материалов, из которых создаются произведения искусства.
Рис. 1. Литая медная пластина с головой медведя (скифский период)
Любой металл либо сплав владеет определенным свойственным ему цветом. Но большая часть из них имеет достаточно однообразную гамму серовато-белых, серебристых тонов, то более теплых, то холодных. Исключение составляют два металла: золото, имеющее насыщенный желтый цвет, и медь, отличающаяся сильным оранжево-красным цветом. Добавка этих металлов в сплавы придает им желтые и красные оттенки. В табл.
1 приведены цвета самый распространенных в художественной индустрии сплавов и металлов.
Довольно часто готовые художественные изделия, выполненные из одних металлов, покрывают узким слоем вторых, более действенных по цвету либо блеску металлов: к примеру, бронзы и золочение серебра, никелирование и хромирование стали, латуни и серебрение меди и т. п.
Время от времени для обогащения цвета используют не сам металл, а его окислы либо другие химические соединения. Таковой прием носит название оксидирования либо патинирования. Этим методом возможно взять весьма разнообразные по яркости и силе тона и существенно расширять цветовую палитру живописца-металлиста.
Оксидирование дает возможность приобрести разные оттенки желтых, зеленых, светло синий, голубых, фиолетовых, красных, коричневых, черных цветов, очень прочных и стойких против внешних условий.
Плотность. По плотности все металлы разделяются на легкие и тяжелые. Легкими принято именовать металлы с плотностью до 3, а тяжелыми — с плотностью от 6 и выше.
Плавкость, либо температура плавления. их плавления сплавов и Температуры металлов находятся в огромных пределах. К примеру, кое-какие легкоплавкие сплавы (сплав Вуда) плавятся уже при температуре 60 °С, а самый тугоплавкий из металлов — вольфрам плавится лишь при 3380 °С.
Ртуть есть примером металла, что при комнатной температуре будет в жидком состоянии. Она плавится при температуре минус 39 °С,
По температурам плавления все металлы разделяются на легкоплавкие (температура плавления не превышает 700 °С) и тугоплавкие— более чем 900 °С.
Легкоплавкие металлы идут для изготовление легкоплавких мягких припоев и сплавов.
К тугоплавким металлам относятся: серебро, золото, платина, медь, никель, марганец, железо, хром, вольфрам и др.
Механические особенности
Механические особенности имеют громадное значение при производстве и конструировании изделий художественной индустрии.
Прочность, либо крепость, — это свойство металлов выдерживать разные нагрузки не разрушаясь. Прочность — одно из ответственных особенностей металлов. При проектировании художественных изделий выбор сплавов и металлов осуществляется с учетом их прочности.
Для измерения прочности и точного определения из металла либо сплава изготовляют пример и подвергают его опробованию на особой разрывной машине, которая неспешно, но с возрастающей силой растягивает пример до полного его разрыва.
Громаднейшее напряжение, которое может выдержать пример металла не разрушаясь, именуется пределом прочности для данного металла либо временным сопротивлением разрыву.
Упругость — свойство металла принимать собственную начальную форму по окончании снятия нагрузки. При постепенном повышении нагрузки на пример на протяжении опробования его на разрывной машине он сперва вытягивается упруго, как резина либо пружина. В случае если нагрузку снять, то пример опять сократится и примет собственную начальную длину.
Громаднейшее напряжение металла, по окончании которого он возвращается к собственной начальной длине, именуется пределом упругости.
В случае если при предстоящем увеличении нагрузки напряжение превышает удлинение и предел упругости сохраняется по окончании разгрузки примера, то такое состояние именуют остаточным удлинением. После этого наступает предел текучести, при котором пример удлиняетсябез повышения нагрузки — в этом случае металл «течет». Такая свойство к текучести употребляется в штамповочном производстве, в особенности при глубокой вытяжке.
Громаднейшей упругостью владеет хромоникелевая закаленная сталь. медь и Алюминий совсем не владеют упругостью — кроме того при незначительной нагрузке они образуют остаточное удлинение, а не упругое.
Пластичность — свойство металла изменять собственную форму под действием силы, не проявляя показателей разрушения (трещин, разрывов и т. п.), и сохранять взятую форму по окончании снятия нагрузки. Это свойство кроме этого определяется и измеряется на разрывной машине.
Пластичность металла характеризуется удлинением примера за время опробования. Для определения степени пластичности пользуются следующим приемом: по окончании разрыва примера складывают его части и измеряют неспециализированную их длину. Отношение приращения длины к его начальной длине, выраженное в процентах, есть показателем пластичности металла и именуется относительным удлинением.
Это свойство металлов имеет громадное значение в давильном и штамповочном производстве, и при дифовке, чеканке, прокатке и волочении. Высокой пластичностью владеют драгоценные металлы — золото, серебро, их сплавы и платина; не меньше пластичны свинец и медь. Практически совсем отсутствует это свойство у чугуна, сурьмы и некоторых вторых металлов.
Твердость — свойство металлов сопротивляться проникновению в них друого тела под действием внешней нагрузки. От этого свойства зависит возможность обработки металлов тем либо иным инструментом. К примеру, при обработке резанием на станках принципиально важно знать твердость обрабатываемого металла, дабы подобрать соответствующий резец, сверло либо фрезу.
Для определения твердости существует пара специальных приборов и способов. Самый распространенные и общепринятые следующие.
Метод Бринелля. Определение твердости этим методом содержится в том, что в испытуемый металл при помощи особого пресса вдавливается определенной нагрузкой металлической закаленный шарик. От давления шарика на металле образуется лунка, отпечаток. Чем мягче металл, тем площадь лунки больше.
Диаметр лунки определяется мерительной лупой, а после этого в особой таблице находят число твердости по Бринеллю.
Метод Роквелла. Определение твердости этим методом производится также методом вдавливания в металл алмазной призмы либо металлического шарика, но отсчет ведется не по площади, а по отличию глубины отпечатка между глубиной от стандартной нагрузки, равной 10 кг, и заданной.
Измерение создают особым прибором — индикатором, и число твердости показывает сам прибор.
Метод Шора. Измерение по этому методу производится при помощи особого прибора — склероскопа. Наряду с этим металлический боек падает на испытуемый металл с определенной высоты. Твердость металла характеризуется высотой, на которую отскакивает боек.
Чем жёстче металл, тем больше высота отскока. Данный метод эргономичен тем, что он не портит поверхности и может использоваться к готовым изделиям художественной индустрии.
Выносливость — свойство металлов выдерживать не разрушаясь много повторяющихся переменных нагрузок.
Все механические особенности существенно изменяются в зависимости от температурных условий. Так, к примеру, прочность всех металлов при нагреве понижается, а пластичность как правило возрастает.
Изменение особенностей металлов в условиях пониженных температур изучено еще не хватает. Но хорошо как мы знаем, что на холоде у некоторых металлов быстро падает пластичность и они становятся хрупкими.
С данной точки зрения все металлы делятся на три группы:
– хлад о ломкие — сталь некоторых марок, его сплавы и цинк;
– нехладоломкие — медь, алюминий;
– хрупкие — металлы, владеющие хрупкостью и при обычных условиях, к примеру серый чугун.
Технологические особенности
При выборе металла либо сплава для производства художественных изделий не считая физических и механических особенностей учитывают и технологические особенности, т. е. свойство металлов обрабатываться методами и различными приёмами без особенных затруднений.
самые существенными являются следующие особенности.
Жидкотекучесть— свойство, снабжающее хорошее заполнение формы расплавленным металлом. Величина жидкотекучести зависит от ядерного веса, температуры плавления, степени других показателей и поверхностного натяжения.
сплавы и Металлы, владеющие высокой жидкотекучестью, разрешают приобретать высокохудожественные отливки. Они легко заполняют небольшие подробности форм и прекрасно передают все подробности модели, включая и фактуру поверхности. Хорошей жидкотекучестью владеют сплавы и следующие металлы: его сплавы и цинк, чугун, латунь, олово, силумин (сплав алюминия с кремнием), и кое-какие литейные латуни и магниевые сплавы.
Существует понятие, обратное жидкотекучести, — густоплавкость. сплавы и Металлы, владеющие густоплавкостью, кроме того при высоком нагреве остаются густыми и при заливке форм не хорошо их заполняют. К густоплавким относятся чистое серебро, красная медь, сталь.
Литейная усадка — уменьшение количества при переходе из жидкого состояния в жёсткое. При охлаждении металла отливка уменьшается и как бы отходит от стенок формы. Отливка неизменно меньше модели, по которой сделана форма.
Величина усадки не редкость разной. сплавы и Металлы с громадной усадкой менее применимы для литья.
Зная величину литейной усадки, возможно выяснить, как больше направляться изготовить форму, для получения отливки нужного размера.
Ковкость — свойство металла изменять собственную форму под действием ударов либо давления не разрушаясь. Степень ковкости зависит от многих параметров. самые существенными из них являются следующие: пластичность, степень нагрева, величина деформирующего упрочнения, наличие примесей и др.
Металлы смогут коваться как в холодном состоянии, к примеру красная медь, золото, так и в тёплом, к примеру сталь. Это свойство обширно употребляется при изготовлении художественных кованых изделий из малоуглеродистой стали (ранее именуемой ковочным железом). Малоуглеродистая сталь, раскаленная докрасна, делается такой пластичной и мягкой, что из нее возможно изготовлять художественные изделия самой разнообразной сложной формы.
Свариваемость — свойство металла прочно соединяться методом расплавления и местного нагрева свариваемых кромок изделия. Чистые металлы свариваются легче, а сплавы тяжелее. Легко свариваются изделия из малоуглеродистой стали.
Чем выше процент содержания углерода в стали, тем свариваемость ее хуже. самая затруднительной считается сварка высокоуглеродистых легированных сталей и особенно чугуна.
Спекаемость — свойство, из-за которого образуется металлокерамика. Наряду с этим металлы, предварительно измельченные в порошок, смешиваются, запрессовываются в особые формы и подвергаются действию большой давления и температуры до спекания. Разные металлы спекаются неодинаково — одни лучше, другие хуже.
Методом спекания на данный момент создают очень жёсткие стойкие сплавы, к примеру победит, что используется при изготовлении режущих инструментов.
Обрабатываемость резанием на разных станках (токарном, фрезерном и пр.), и свойство шлифоваться и полировать-ся — это свойства, играющие значительную роль в производстве художественных изделий и особенно в отделке (полировании). Прекрасно режутся латуни, латуни и кое-какие марки сталей, чугуна и алюминия. Особенно не хорошо обрабатываются на станках подробности из красной меди и из его сплавов и свинца.
Химические особенности
Из химических особенностей металлов фактически самые важными в производстве изделий художественной индустрии являются окисление и растворение.
Растворение, либо разъедание,— это свойство сплавов и металлов растворяться в едких щелочах и сильных кислотах. Чаще всего в производстве употребляются серная, азотная и соляная кислоты, и смесь азотной и соляной кислот, именуемая «царской водкой», а из щелочей — едкий натр и едкое кали.
Свойство металлов растворяться имеет весьма широкое использование в самых разных областях производства художественных изделий из металла. Наряду с этим направляться различать случаи, в то время, когда растворение носит частичный темперамент и ограничивается лишь поверхностным слоем металла, и случаи перехода и полного растворения металла его в раствор.
Примерами частичного растворения с поверхности являются:
а) травление изделий в кислотах для получения чистой поверхности либо узора (рис. 2);
б) травление бронзовых досок при изготовлении офорта и т. п.
Примерами полного растворения металла являются:
а) растворение цинка в соляной кислоте для того чтобы приготовить, употребляемого в качестве флюса при пайке;
б) растворение серебра в азотной кислоте при приготовлении азотнокислого серебра и т. п.
Окисление — свойство металлов соединяться с кислородом и образовывать окислы металлов. При окислении вес металла возрастает на вес кислорода, что с ним соединяется. В большинстве случаев практически все сплавы и металлы покрыты с поверхности узкой оксидной (либо окисной) пленкой, являющейся узкий слой, складывающийся из окислов.
Скорость образования таковой пленки на поверхности изделия из разных металлов неодинакова. К примеру, алюминий и магний окисляются особенно скоро, латунь и бронза существенно медленнее, а изделия из платины и золота совсем не окисляются.
Особенно скоро окисление происходит при нагреве до больших температур. В этом случае на поверхности металла скоро образует-‘Я более толстый слой, складывающимся из окислов, что именуется окалиной. Чем выше нагрев и больше доступ воздуха к нагреваемому изделию, тем толще слой образующейся окалины.
В случае если металл нагревать в условиях избытка воздуха либо кислорода, то целый металл может превратиться в окалину.
Рис. 2. Вазы из алюминия, обработанные травлением Живописец Л. Линакс
В одних случаях свойство металлов к окислению и образование на их поверхности оксидной пленки есть желательным, поскольку такая пленка предохраняет изделие от предстоящего окисления металла в глубину и носит название защитной пленки. Таковы окисные пленки на изделиях из алюминиевых сплавов.
В других случаях образование окислов на поверхности металлов есть нежелательным, к примеру сварки и трудности пайки алюминиевых изделий обусловлены стремительным образованием весьма прочной оксидной пленки, которая мешает соприкосновению припоя с чистой поверхностью металла. Весьма нежелательно и образование окалины на металлических изделиях в ходе их закалки, которая появляется кроме того при содержании кислорода в воздухе, не превышающем 0,2%.
