Властивості металів

Метали мають властивості: фізичні, хімічні і механічні.

Фізичні властивості металів характеризуються питомою вагою, електропровідністю, теплопровідністю, температурою плавлення, а також здатністю розширюватись і намагнічуватись.

Найбільшу тепло та електропровідність мають залізо та мідь.

Магнітні властивості має залізо. Незначні магнітні властивості мають нікель та кобальт. Решта металів магнітних властивостей не має.

Хімічні властивості металів — це їх здатність піддаватися ко­розії, дії кислот і лугів та утворювати окалини. Особливо велике значення серед хімічних явищ має корозія металів, тобто їх руйну­вання від дії кисню повітря, вологи та ін.

Механічні властивості. Під впливом зовнішніх сил метал роз­тягується, гнеться, скручується та стискується. Під дією різнома­нітного навантаження проявляються такі механічні властивості металу, як пружність, міцність, твердість, пластичність, ударна в’язкість.

Механічні властивості металів випробовують не тільки у завод­ських лабораторіях, а й у»цехах заводів.

Випробування металів на твердість. Здатність металів чинити опір проникненню в них більш твердих тіл, що не змінюють при цьо­му своєї форми, називається твердістю. Випробування на твер­дість є дуже важли­вим для визначення придатності металу до роботи в тих чи ін­ших умовах. Від твер­дості деталей зале­жить довгочасність їх роботи.

Твердість металів встановлюють, голов­ним чином, за спосо­бами Брінеля, Роквелла і Шора.

Твердість за Брінелем визначають, вдавлюючи в поверх­ню металу стальну кульку (рис. 6). Се­редній питомий тиск на поверхню відбитка визначається відно­шенням навантажен­ня до поверхні від­битка (кГ/мм2). Це відношення і є числом твердості за Брінелем. Позначають його так: Нв.

Число Брінеля має такі значення: коли діаметр кульки дорів­нює 10 мм, товщина зразка більша 6 мм, а навантаження на нього становить 3000 кГ, то для чавунних злитків, що мають середню твердість, Нв дорівнює 160 кГ/мм2, для стальних поковок з вугле­цевої сталі — близько 200 кГ/мм2, а для загартованої сталі (вміст вуглецю 0,4%)— близько 600 кГ/мм2.

Схема преса Брінеля для визначення твердості металу

Схема преса Брінеля для визначення твердості металу

1 — столик для зразків, 2 — маховичок, 3 — кулька, 4 — контрольна точка, 5 — риска покажчика, 6 — кнопка покажчика електродвигуна, 7 — електродвигун, 8 — важіль для передачі навантаження, 9 — регулюючий гвинт.

Щоб випробувати метал на твердість за Роквеллом, в його по­верхню вдавлюють вістря алмазного конуса і вимірюють глибину відбитка. Числове значення твердості в умовних одиницях визначається за допомогою шкали, що міститься на приладі. По шкалі червоного, кольору визначають твердість м’яких ма­теріалів, по шкалі чорного кольору — твердість загартованих деталей.

За Шором випробовують метал так: з певної висоти на поверхню тіла падає бойок, що має стандартну вагу. Твердість визначають по висоті, на яку відскакує бойок від зразка.

Для визначення твердості дуже твердих металів спосіб Брінеля не придатний, бо стальна кулька змінює свою форму і дає неправиль­ний відбиток.

Твердість металу тим вища, чим менший діаметр відбитка по­рівняно з діаметром від­битка на еталоні.

На практиці часто буває потреба порівняти величину твердості, ви­значену різними спосо­бами. Для цього складе­ні спеціальні таблиці, в яких наведені співвід­ношення цих величин.

Визначення в’язкості металів. Багато інстру­ментів і деталей працю­ють під дією ударних (динамічних) наванта­жень. Метали, що не витримують цих наван­тажень, називаються крихкими.

Здатність металу сприймати динамічне на­вантаження, чинити опір удару називається удар­ною в’язкістю.

Щоб визначити в’яз­кість металу, його ви­пробовують на маятникових копрах. Важкий маятник падає з ви­соти 1—1,2 м на надрізаний зразок, ударяє по ньому з проти­лежного до надрізу боку і руйнує його. В’язкі метали у місці злому згинаються, а крихкі ламаються, не змінюючи своєї форми.

Ударну в’язкість вимірюють відношенням роботи, затраченої на зруйнування зразка при ударі, до одиниці площі поперечного перерізу зразка в місці надрізу. Виражають ударну в’язкість у кГм/см2 і позначають умовно Ак. Ударна в’язкість стальних за­готовок становить 2—7 кГм/см2, чавуну —0,5 кГм/см2, цинку — 0,6—0,7кГм/см2, міді —5—5,5 кГм/см2, нікелю— 18—\8і5кГм/см2.

Прилад для визначення твердості металу за способом Роквелла

Прилад для визначення твердості металу за способом Роквелла

1 — столик для зразків, 2 — маховик, 3 — алмазний конус (або стальна кулька), 4 — індикатор, 5 — руко­ятка для стопоріння важеля, 6 — важіль для передачі навантаження, 7, 8 і 9 — вантаж.

Втомленість металів. Раптове руйнування металу, що настає після великої кількості повторно змінних навантажень (наприклад, спершу розтяг, потім стиск і т. д.), називається втомленістю металу а здатність витримувати таке навантаження—витривалістю.

Звичайно руйнування від втомленості настає раптово, коли в металі є внутрішні тріщини чи надрізи на його поверхні або коли метал неоднорідний (містить в собі зерна шлаку).

Випробовують метал на втомленість на спеціальних машинах; під дією змінного навантаження зразок швидко обертається (до 10 000 об/хв). Якщо зразок витримає 10 мільйонів циклів і не зруй­нується, то вважають, що метал витримав випробування.

Випробування на удар

Випробування на удар

Рис. 8. Випробування на удар: а — копер, б — зразок, і — місце надрізу, 2 — напрямок удару маятника.

Оброблюваність — здатність металу до обробки: різання, обточу­вання, фрезерування, шліфування, нарізування на ньому різі і т. д.

Оброблюваність металу визначають тим, як швидко можна ме­тал різати і як чисто можна обробити його поверхню.

Спрацьованістю, або зносом, металу називають зміну поверхні металу від тертя.

Випробовування металу на знос треба проводити при таких умовах, в яких звичайно працюють металеві деталі. Спрацьованість деталі визначають, вимірюючи деталь мікрометром до та після ви­пробовування. Якщо деталі невеликого розміру, їх зважують до і після випробовування. Для визначення ступеня спрацьованості також застосовують радіоактивні елементи (мічені атоми). Випробо­вування металу на знос провадять на спеціальних машинах у ла­бораторіях.