A kézikönyv - a fémek és ötvözetek fizikai és mechanikai tulajdonságai
Fizikai és mechanikai tulajdonságok
Színes. Színben csak a réz (rózsaszín-piros) vagy arany (sárga) különbözik a többi fémtől. Az ezüst jellegzetes fehér fényt tartalmaz; alumínium, magnézium, platina, ón, kadmium, higany - kékesfehér; vas, ólom és arzén - szürkés. Az erősen zúzott állapotban a fémek szürkék. Barna vagy fekete színű.
Ha hosszú ideig tartózkodik a levegőben, a legtöbb fém oxidál és sötétedik. A fémek nem oxidálódnak a levegőben (ezüst, arany és platina csoportba tartozó fémek), és a fémek, amelyek felületén kialakított, a legvékonyabb réteg védő-oxidok (alumínium, stb), nem változtatják meg felületi fény és szín hosszú ideig.
Saját tömeg. A fémek fajsúlya az anyag 1 cm3 súlya, grammban kifejezve.
A könnyűfémek (alumínium, magnézium) kisebb csoportja mellett, amelynek fajlagos gravitációja kevesebb, mint 3, a legtöbb fémnek jelentős fajsúlya van (1. táblázat) külön-külön.
Nagy fajsúlyuk miatt a natív formában megtalálható platinát (21.4) és aranyat (19.32) extrahálják a viszonylag könnyű homok, agyag stb.
Az alumínium és a magnézium alacsony fajsúlya rendkívül fontos a repülőgépek építésében, ezért a fémek könnyű ötvözeteit különös gonddal tanulmányozzák.
Az öntödei üzletágban a fémek nagy különbsége néha nehézséget okoz a homogén ötvözetek előállításában. Amikor olyan fémeket fúznak, amelyek nagymértékben eltérnek saját fajsúlyuknál, könnyebb fém lebeg. Ez a jelenség például 60% Pb és 40% Cu ólomtartalmú ólom bronz előállításában jelentkezik.
Olvadáspont. Az a hőmérséklet, amelynél a fűtött fém a szilárd állapottól a folyadék állapotig halad, olvadáspontnak nevezik (lásd 1. táblázat).
Figyelembe kell venni az ötvözet olvadási hőmérsékletének változását, amikor új komponenseket viszünk be. A platina olvadáspontja 1773 ° C, az oxidáló, könnyű, nem dohányzó lángban a platina tégely könnyen ellenáll a láng hőmérsékletének. A koromkiválás redukáló láng (a tökéletlen égés), annak ellenére, hogy alacsonyabb a láng hőmérséklete, a platina tégelybe, csatlakozott a vegyületet feleslegben elégetlen szén képezhet több törékeny és olvasztható szén platina tégelybe, és romlik. Tiszta vas együtt szén-ad viszonylag alacsony olvadási öntöttvas, amelynek olvadáspontja körülbelül 1130 ° C-on A fordított történhet egy olyan jelenség, mint például olvasztott alumínium-oxid, és a 30% Ni. Korábban úgy tekintették kötelezőnek, hogy az olvadás mindig a leginkább tűzálló fém olvadásával kezdődik, de ebben az esetben nem lehet megtenni. Ha kezdjük olvadási nikkel (olvadási hőmérséklete 1454 ° C), és táplálunk bele lassan, alacsony olvadáspontú alumínium (olvadáspont 660 ° C), majd megszilárdított ötvözet.
Ha a tartalom 68,5% Ni 31,5% Al-ot és képződött kémiai vegyület Alnis olvadáspontja mintegy 1620 o C, így a ötvözőfémet, amely meg tudja adni a kémiai vegyület, amelynek olvadáspontja olvadási hőmérséklete fölé a kiindulási komponensek, kell, hogy vezérelje állapotdiagram jelezve hogyan változik az ötvözet olvadási hőmérséklete az összetétel fokozatos megváltozásával, és a megfelelő módon olvad meg.
Különleges hőteljesítmény. A nagy kalóriatartalmú (kilökalóriák - kcal) hőmennyiséget, amely 1 kg fémhőmérséklet 1 ° C-kal történő növeléséhez szükséges, a fém hőteljesítményének nevezik és a C betű jelöli.
A fajlagos hő némileg változik a hőmérséklet függvényében. A táblázatok általában átlagos hőmérsékletet adnak, például 0 és 100 ° C között (lásd az 1. táblázatot)
Latent olvadási hő. Egy szilárd anyag olvadása, azaz nemcsak arra van szükség, hogy az olvadási pontig melegedjen, hanem további hőenergiát is töltsön, ami nem növeli az olvadt test hőmérsékletét, hanem a kristályszerkezet megsemmisítéséhez vezet. Amíg a szilárd anyag teljesen be nem folyik a folyékony állapotba, a hőmérséklet nem fog emelkedni a hőenergia forrásának hőmérséklete fölé. A hőforrás növekvő ereje csak felgyorsíthatja az olvasztást, de az olvadási anyag hőmérséklete állandó marad a teljes olvadásig.
A hőmennyiség, amely 1 kg szilárdra emelkedik, ugyanazon hőmérsékleten folyékony állapotba történő olvadás hőmérsékletén nevezik a látens fúziós hőnek és nagy kalóriákban fejezik ki.
Hővezetés. fém tulajdonságot nevezzük, hogy végezzen hővezetése hővezető jellemzi a hővezetési együtthatója, jelezve, hogy hány kalóriát a hő át egységnyi idő keresztül 1 cm o C anyag, amikor a hőmérséklet-különbség a két szemközti felületei a kocka 1 o C, és betűvel jelöljük # 955;
Az alumínium hővezetőképessége ötször nagyobb, mint az öntöttvas hővezető képessége, ezért az alumíniumötvözetek gyakran cserélik az öntöttvasot a belső égésű motorok dugattyúinak készítésénél. Ezenkívül az alumíniumötvözet dugattyúja körülbelül háromszor könnyebb öntöttvasnál, megkönnyíti a tervezést. A magas hővezető képességű fémek ugyanakkor a legjobb elektromos vezetők.
Elektromos ellenállás. Az elektromos ellenállás egységénél 106,3 cm hosszú, 1 cm2 C keresztmetszetű higanyoszlopot alkalmaznak 0 ° C-on, ezt az egységet ohmnak (az # 937;). Minél hosszabb a vezetõ hossza és annál kisebb a vezetõ keresztmetszete, annál nagyobb az ellenállása. Ugyanabban a hosszúságban és keresztmetszetben a különböző fémek vezetékei eltérő ellenállással rendelkeznek, amelyet különleges ellenállás jellemez. Az ellenállóképesség azt mutatja, hogy mennyi ellenállása van egy fémnek egy 1 m hosszú és 1 mm 2 C-os szakaszból.
Minden fém esetében a villamos ellenállóképesség növekedése a hőmérséklet növekedésével jellemző, ellentétben a nem fémes anyagokkal, amelyek elektromos ellenállása a fűtéssel csökken.
Az összes fém (az ezüst kivételével) a legkisebb elektromos ellenállással rendelkező réz és alumínium a fő fémek az elektromos vezetékek számára.
A lineáris terjeszkedés hőtani együtthatója. Az objektum hossza 1 ° C-ra hevített egységhosszúság növelése a lineáris terjeszkedés hőtani együtthatója # 945;
Az együttható óta # 945; nagyon kicsi, majd a táblázatokban az értéke rendszerint 10 -6 C-os együtthatóval van megadva, azaz az eredeti hossza millió részében, 0 ° C-on változik. A fémek tulajdonsága, hogy melegítéskor és hűtés közben történő felhúzásra kerüljenek, figyelembe kell venni a fémszerkezetek és a gépalkatrészek gyártásában.
A lineáris terjeszkedés együtthatója szinte állandónak tekinthető a kisebb hőmérsékletváltozások esetén. Erős fűtéssel jelentősen megváltoztathatja az értékét. Vannak olyan ötvözetek, amelyek különösen kis értékűek # 945; Például az "Invar" ötvözet (35% Fe és 35% Ni) lineáris kitágulási hõmérsékleti együtthatója -10 és +90 ° C között van # 945 ;, közel nulla; Ha azonban a hőmérséklet 100 ° C felett emelkedik, gyorsan növekszik.
Ha az öntött részek megszilárdulnak, ha a vékony részeket lehűtik és tömörítik gyorsabban, mint a vastag részek, repedések fordulhatnak elő, ha káros belső feszültségek fordulnak elő. A repedések elkerülése végett a tervezőnek ügyesen ki kell választania az öntvények szakaszainak méretét.
A hegesztett szerkezeteknél a hőkifejtés is nagy jelentőséggel bír, és belső terhelések is felmerülnek.
Különösen körültekintően figyelembe kell venni a fémek lineáris terjeszkedését mérési és precíziós (precíziós) készülékek gyártásában, magas hőmérsékleten működő kaliberek és gépalkatrészek gyártásában.
A gázok felszívódása. Számos fém és ötvözet rendelkezik a gázok elnyelésében és feloldásában folyékony állapotban, és annál erősebb, minél magasabb a folyékony fém túlmelegszik. Lehűlés és kristályosítás esetén a gázok oldhatósága csökken. A szilárdító fém vastagságában szabadul fel, és nagyszámú gázkagyló és egyéb hiba keletkezhet. Ez a házasságot az elégtelen sűrűség és az öntvény erőssége miatt okozza. A fémben feloldott oxigén kémiai vegyületeket is tartalmazhat fémekkel, ezáltal csökkentve a fém szilárdságát.
A gázok eltávolítására és a folyékony fémek (például acél) deoxidálására nagy mennyiségű oxigén- és nitrogén-affinitással rendelkező elemeket, például fém alumíniumot használnak. Az oxigénnel és a nitrogénnel kombinálódik, és a keletkező oxidok és alumínium-nitridek az olvadt fém felületére emelkednek, és átjutnak a salakba. A réz és ötvözeteinek dezoxidálására gyakran használnak foszfor rézöt, 12-14% P-t tartalmazó ötvözetet, a foszfor oxigénnel való nagy affinitásával.
Különösen fontos az alapos deoxidaláshoz és más rézötvözetek sikeres feldolgozását nyomás meleg vagy hideg (gördülő, préselés, kovácsolás, sajtolás, rajz, stb), és csökkenti a házasság. Azonban a feleslegben lévő deoxidizáló, amely az ötvözetbe komponenseiként jár, ronthatja az ötvözet tulajdonságait.
A deoxidizáló oxidjait, amelyek az ötvözet deoxidálásának eredményeként jönnek létre, egyszerűen rá kell ráhelyezni, és salak formájában lebegnek.
Ezt megkönnyíti az ötvözet és annak deoxidációs termékeinek fajsúlyossága. A deoxidációs reakció után az ötvözetben maradt kis mennyiségű dezoxidálószer nem csökkenti a munkaképességet és az ötvözet mechanikai tulajdonságait.
A deoxidáns nem használhat drága, ritka anyagokat. A dezoxidizálónak megfelelőnek kell lennie a pontos méréshez, amikor hozzáadódik a töltéshez.
Mágneses tulajdonságok. A mágneses tulajdonságok szerint az összes fém két csoportra oszlik: diamágneses és paramágneses. Ha egy diamágneses fémt vezetünk be egy mágneses mezőbe, akkor csökken, és amikor paramágneses fémet vezetünk be, akkor a mágneses tér amplifikálódik. A találmány tárgyát diamágneses fémek berillium, antimon, bizmut, réz, arany, ezüst, cink, kadmium, higany és mások. A paramágneses fém, alumínium, kalcium, bárium, molibdén, volfrám és mások.
A paramágneses fémek különleges eseteként ferromágneses fémek - vas, nikkel, kobalt és egy ritka elem - gadolínium.
A vas, kobalt és nikkel mágneses tulajdonságait magas hőmérsékleten veszítik el (759 ° C-os vasat, 1110 ° C-os kobaltot és 350 ° C-nál nikkelt).
Diffúzió. Az időigényes folyamat, hogy a kompozíciót gázban, folyadékban, sőt szilárd testben a részecskék kölcsönhatásának útján kiegyenlítik, diffúziónak nevezzük. Vasalás és más hasonló műveletek galvanizálása folyékony fém diffúziójával. A szilárd anyag is felszívódhat a folyadékba - feloldódhat benne. Ez rendkívül fontos gyakorlati jelentőségű, és többek között az acél és más ötvözetek gyártása során figyelhető meg, amikor egy szilárd fém oldódik fel folyékony fémben vagy ötvözetben.
Gáz diffúzió a szilárd fém széles körben használják a folyamatokat, mint a nitridálási (nitridálási) acélból, ha ammóniát injektálunk be a kemencébe, amelyben a részek kerülnek bomlik hevítve 500-600 ° C, és a fogása nitrogént bediffundál a szilárd acél, alakítás a nagyon szilárd nitridek felületén. Az ammónia fűtési idejének időtartama és a fűtési hőmérséklet határozza meg a nitridált réteg mélységét. Az alumínium diffúziója a vas-, acél- vagy öntöttvas termékek felületére mintegy 900 ° C-os hőmérsékleten ("alumíniumtermékek") növeli korrózióállóságukat.
Keménység. A fém keménységét a fém megtapadásának nevezik, amikor kemény tárgyakba kerül. A keménység meghatározásának legáltalánosabb módszerei a Brinell és Rockwell módszerek.
Rugalmasságát. A fém rugalmasságát fémnek nevezik, hogy visszaállítsa az eredeti alakját és méretét a külső erő hatásának megszűnése után, ami deformálódását okozza.
A szakítószilárdság hatásának kitett fémlemez hosszúkás. Ha ez az erő nem haladja meg az adott anyag bizonyos értékét, akkor a terhelés eltávolítása után a rúd eredeti méreteket kap. Ennek az erőfeszítésnek a nagyságát elasztikus határnak nevezik.
Ha a terhelés meghaladja a rugalmas határértéket, akkor a terhelés eltávolítása után a rúd alakja nem áll helyre, és a tömb meghosszabbodik; ilyen alakváltozást nevezünk műanyagnak.
Erő. Az erő a fém tulajdonsága, hogy ellenálljon a külső destruktív erők hatásának. E külső erők jellegétől függően szakítószilárdságot, tömörítést, hajlítást, torzítást stb. Különböznek. Névleges feszültség megfelel a maximális terhelés elpusztítása előtt a minta, az úgynevezett szakítószilárdságot, meghatározzuk a maximális F erőt, amely képes ellenállni a minta a vizsgálat alatt, elosztjuk a kezdeti minta keresztmetszeti területe F o C
Impakt viszkozitás. A viszkozitást ütésállóság jellemzi.
Specifikus szívósság (ütésállóság) határozza meg a szükséges munka mennyiségét, hogy megtörjék a bar meghajlása által a sokk terhelést az úgynevezett Impact Tester Charpy osztva a keresztmetszete a minta, kg-ban kifejezve-m / cm 2 C.
Technológiai tulajdonságok.
Plaszticitás. A fém egyik fő tulajdonsága a plaszticitásuk, azaz pl. a terhelésnek kitett fém képessége a külső erők hatása alatt deformálódás nélkül deformálódik, és megmarad a maradék (megmaradt de-stressz) deformáció. A plaszticitást néha jellemzi a feszültség alatt lévő minta megnyújtása.
A minta hossza növekedésének arányát, amikor az eredeti hosszúságra feszítik, százalékban kifejezve, a relatív nyúlásnak nevezik, és azt jelöli # 948;,%. A relatív nyúlást a minta megtörése után határozzák meg, és jelzi a fém szakítószilárdságának megnyúlását.
Alakíthatóság. A fém képessége, hogy a nyomást nem kezeli (kovácsolás, hengerlés, préselés stb.), Annak duktilitása. A fém hajlékonysága a plaszticitásától függ. A műanyag fémek általában jó duktilitással rendelkeznek.
Zsugorodás. A fém zsugorodása az expandált fém térfogatának csökkenése, amikor megszilárdul és szobahőmérsékletre hűl.
A lineáris dimenziók százalékos százalékában kifejezett megfelelő változását lineáris zsugorításnak nevezik.
Folyékony áramlás. Az olvadt fémnek az öntőforma kitöltésére való alkalmassága és az öntvények helyes reprodukálását lehetővé tevő öntvényeket fluiditásnak nevezzük. Az öntőforma jó töltése mellett a legjobb folyékonyság hozzájárul az egészséges, sűrű öntéshez, mivel a gázok és a nem fémes zárványok a folyékony fémből való teljesebb elválasztása miatt következnek be. A fém folyékonyságát viszkozitása az olvadt állapotban határozza meg.
Viseljen ellenállást. A fémnek a kopás, a felszín törése vagy a súrlódás okozta dimenziós változások ellenálló képességét kopásállóságnak nevezik.
A tartósság korróziója. A fém azon tulajdonsága, hogy ellenáll a kémiai reagensek kémiai vagy elektrokémiai megsemmisítésének a külső környezetben a kémiai reagensek hatására és magas hőmérsékleten, korrózióállóságnak nevezik.
Megmunkálni. A forgácsolószerszámokkal megmunkálandó fém képessége megmunkálhatóságnak nevezhető.