Металлы, а также сплавы на их основе характеризуются физическими, механическими, химическими и технологическими свойствами. Важнейшими физическими свойствами являются: плотность, температура плавления и кипения, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электрические свойства. Металлы и сплавы различаются также по цвету, некоторые из них имеют специфический запах.
Плотность металлов
Плотность широко используемых технических металлов и сплавов в зависимости от способа получения и количества примесей составляет, кг/м3;
алюминия – 2500-2700,
чугуна – 7000-7800,
стали – 7800 – 7900,
меди – 8300 – 8900,
свинца – 11300- 11400,
ртути (жидкой) – 13600.
Температура плавления
Каждый металл имеет свою определенную температуру плавления, °С:
олово – 232,
свинец – 327,
цинк – 419,5,
алюминий – 660,
медь – 1083,
сталь – 1300 – 1400.
Расплавленные (жидкие) металлы кипят при следующих температурах, °С: 1740 (свинец), 2270 (олово), 2600 (медь), 3200 (чистое железо).
Теплоемкость
Металлы хорошо проводят тепло и имеют низкую теплоемкость. Например, коэффициент теплопроводности, Вт/ (м °С). меди составляет 403; стали – 58; для сравнения коэффициент теплопроводности гранита равен 2,92; бетона —до 1,55, воды – 0,599; воздуха – 0,023. Удельная теплоемкость, кДж / (кг -°С), алюминиевых сплавов равняется 0,9; чугуна – 0,5: стали – 0,46—0,48; меди и бронзы – 0,38: для сравнения удельная теплоемкость сосны – 2,51; бетона – 0,8—0,92.
Показателями теплового расширения являются коэффициенты объемного и линейного расширения, по величине которых можно судить об изменении соответственно объема или линейных размеров детали при колебании ее температуры. Так, коэффициент линейного расширения стали 1,14 • 10-6, у алюминия примерно вдвое больше.
Электрические свойства металлов
Электрические свойства металлов характеризуются электропроводностью и обратным ей свойством – электрическим сопротивлением. Хорошей электропроводностью и соответственно невысоким электрическим сопротивлением обладает серебро, медь, алюминий. Наименьшую величину электрического сопротивления среди технических металлов имеет медь (1,67 IO-4
Ом • м). У алюминия оно в 1,6, а у железа в 5,8 раза больше.
Механические свойства металлов и сплавов
К механическим свойствам относятся прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость, истираемость.
Металлы отличаются высокой прочностью как при сжатии, так и при растяжении. Например, предел прочности при растяжении у серого чугуна— 1004-200 МПа, у обычных сталей – 3504-400 МПа, у качественных сталей – в 1,25 раза выше, чем у обычных.
Пластичность металлов учитывают при определении механических свойств и обработке заготовок для получения из них готовых изделий. Из тяжелых металлов наиболее пластичны медь и свинец,относительное удлинение которых соответственно достигает 60 и 55 %. После механической обработки (наклепа) относительное удлинение, меди снижается до нескольких процентов.
Твердость зависит от состава и строения металла. Чем тверже металл, тем шире возможности его применения для изготовления деталей машин и инструмента, чем он мягче, тем легче его обрабатывать. Наименьшую твердость имеет свинец—254 – 4-40 МПа (по Бринеллю), твердость серого чугуна – 1000 4-1200 МПа, качественных сталей —г в 2—2,5 раза больше. Наибольшая твердость, близкая к твердости алмаза, у карбидов ванадия, вольфрама, титана, циркония, которые используют для изготовления резцов, фрез и буровых головок.
На ударную вязкость (сопротивление удару) проверяют детали машин и инструменты, работающие при кратковременных больших нагрузках. Испытание проводят на маятниковых копрах (маятник с грузом поднимается на определенную высоту, а затем падает, ударяя по образцу в месте предварительно сделанной риски). У серого чугуна ударная вязкость, Дж/м2, находится в пределах 0,5-1, у остальных отливок – 2- 7.
На истираемость испытывают подшипники, цилиндры машин, кольца поршней, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях повышенного трения. Истираемость оценивается величиной потери массы трущихся поверхностей или временем истирания отпечатка, выдавленного на поверхности образца алмазным инструментом.
Химические свойства
Химические свойства металла связаны с его способностью сопротивляться коррозии, возникающей в результате химического и электрохимического воздействия внешней агрессивной среды. О скорости коррозии судят по потере массы металла с единицы площади его поверхности в единицу времени, г / (м2 ч), или по глубине слоя разрушенного металла.
Технологические свойства
Технологические свойства металлов определяют их поведение при различных видах обработки. В соответствии с этим различают литейные; свойства (жидкотекучесть, температуру плавления, усадку), ковкость и вытяжку (характеризующие возможность обработки металлов давлением), способность к обработке резанием и т. д.
Жидкотекучесть – свойство жидкого металла или сплава полностью заполнять форму; усадка – изменение объема металла при переходе его из жидкого состояния в твердое.
В зависимости от профиля и назначения металла образцы его подвергают соответствующим испытаниям: литейные сплавы проверяют на поведение при литье (заполнение формы, усадка); ковкие металлы исследуют на пластичность, изготовляя пробные поковки; сталь и цветные металлы изгибают до требуемой величины; проволоку скручивают, навивая на стержень соответствующего диаметра.