Метали - один з класів конструкційних матеріалів, що характеризується певним набором властивостей:
До фізичних властивостей металів відносять щільність, температуру плавлення, колір, блиск, непрозорість, теплопровідність, електропровідність, теплове розширення. За щільністю метали поділяють на легкі (до 3000 кг / м 3) і важкі (від 6000 кг / м 3 і вище); по температурі плавлення - на легкоплавкі (до 973 К) і тугоплавкі (понад +1173 К). Кожен метал або сплав володіє певним, властивим йому кольором.
Міцність - здатність металу в певних умовах і межах не руйнуючись сприймати ті чи інші дії, навантаження. Це властивість враховується при виготовленні і проектуванні виробів, виборі того чи іншого металу, сплаву. Найбільша напруга, яке може витримати метал, не руйнуючись, називають межею міцності. або тимчасовим опором розриву. Зразки для вимірювання міцності випробовують на спеціальній розривної машині, яка поступово, зі зростаючою силою розтягує зразок до повного розриву.
Упругость- властивість металу відновлювати свою форму після припинення дії зовнішніх сил, що викликали деформацію. Найбільша напруга, після якого метал повертається до своєї первісної форми, називають межею пружності. Якщо при подальшому підвищенні навантаження напруга перевищує межу пружності і подовження зберігається після розвантаження зразка, таке состояніеназивают залишковим подовженням. Далі настає межа плинності, тобто зразок продовжує збільшуватися без збільшення навантаження.
Пластичність- властивість металу під дією зовнішніх сил змінювати, не руйнуючись, свою форму і розміри і зберігати залишкові (пластичні) деформації після усунення цих сил. Дана властивість також визначається і вимірюється на розривної машині. Високою пластичністю володіють золото, срібло, платина і їхні сплави. Менш пластичні мідь, алюміній, свинець. Це властивість металів має велике значення в давильні та штамповочном виробництві, волочіння, прокатки.
Твердость- властивість металів чинити опір проникненню в них іншого тіла під дією зовнішнього навантаження, що необхідно враховувати при виборі інструментів для обробки металів різанням. Наприклад, важливо знати твердість оброблюваного металу, щоб підібрати відповідну фрезу або свердло. Випробування металів на твердість проводять на спеціальних приладах - твердометрія.
Винослівость- властивість металів чинити опір дії повторних навантажень. Температурні умови значно впливають на механічні властивості металів: при нагріванні їх міцність знижується, а пластичність збільшується; при охолоджень деякі метали стають крихкими, наприклад, сталь деяких марок, цинк і його сплави. Нехладноломкімі є алюміній і мідь.
Крихкість - деякі метали мають крихкістю і при нормальних умовах, прикладом є сірий чавун. У виробництві виробів враховується здатність металів піддаватися обробці, тобто такі їх технологічні властивості, як гнучкість, жидкотекучесть, ливарна усадка, зварюваність, спекаемость, різанням і деякі інші.
Гнучкість - здатність металів піддаватися куванні і інших видів обробки тиском (прокатці, пресуванню, волочіння, штампування). Метали можуть куватися в холодному стані (золото, срібло, мідь), а також в гарячому (сталь).
Зносостійкість - здатність матеріалу чинити опір поверхневого руйнування під дією зовнішнього тертя.
Корозійна стійкість - здатність матеріалу чинити опір дії агресивних кислотних, лужних середовищ.
Жаростійкість - це здатність матеріалу чинити опір окисленню в газовому середовищі при високій температурі.
Жароміцність - це здатність матеріалу зберігати свої властивості при високих температурах.
Хладостойкость - здатність матеріалу зберігати пластичні властивості при негативних температурах.
Антіфрікционность - здатність матеріалу прірабативала до іншого матеріалу.
Жидкотекучесть - властивість розплавленого металу заповнювати ливарну форму. Високої жидкотекучестью мають цинк і його сплави, чавун, бронза, олово, силумін (сплав алюмінію з кремнієм), латунь, деякі магнієві сплави. Низькою жидкотекучестью мають сталь, червона мідь, чисте срібло.
Ливарна усадка-зменшення обсягу металу при переході з рідкого стану в твердий. Це необхідно враховувати при виготовленні форми для відливання. Виливок виходить завжди менше моделі, по якій зроблено форма. Метали з великою усадкою для лиття майже не використовують.
Зварюваність - здатність металу міцно з'єднуватися шляхом місцевого нагрівання і розплавлення зварювальних кромок вироби. Сплави зварюються важче, чисті метали - легше. Легко зварюються вироби з маловуглецевої сталі. Погано піддаються зварюванні чавун і високовуглецеві леговані стали.
З хімічних властивостей металів і їх сплавів найбільш важливими у виробництві художніх виробів є розчинення (взаємодія з кислотами і лугами) і окислення (антикорозійна стійкість, т.е.стойкость до впливу навколишнього середовища - газів, води і т.д.).
Розчинення (роз'їдання) - здатність металів розчинятися в сильних кислотах і їдких лугах. Це властивість широко використовується в різних областях виробництва художніх виробів. Розчинення буває часткове і повне. Часткове застосовується для створення чистої поверхні виробу.
Окислення - здатність металів з'єднуватися з киснем і утворювати оксиди металів.
Дані властивості зумовлені особливостями будови металів.
Всі метали, затвердевающие в нормальних умовах, являють собою кристалічні речовини. тобто укладання атомів в них характеризується певним порядком - періодичністю, як за різними напрямками, так і з різних площинах. Цей порядок визначається поняттям кристалічна решітка.
Іншими словами, кристалічна решітка це уявна просторова решітка, у вузлах якої розташовуються частинки, що утворюють тверде тіло.
Елементарна комірка - елемент обсягу з мінімального числа атомів, багаторазовим перенесенням якого в просторі можна побудувати весь кристал.
Елементарна комірка характеризує особливості будови кристала. Основними параметрами кристала є:
розміри ребер елементарного осередку. a, b, c - періоди решітки - відстані між центрами найближчих атомів. В одному напрямку витримуються строго визначеними. ·
кути між осями (·).
координаційне число (К) вказує на число атомів, розташованих на найближчому однаковій відстані від будь-якого атома в решітці. ·
базис решітки кількість атомів, що припадають на одну елементарну комірку решітки. ·
Класифікація можливих видів кристалічних решіток була проведена французьким вченим О. Браве, відповідно вони отримали назву «решітки Браве». Всього для кристалічних тіл існує чотирнадцять видів решіток, розбитих на чотири типи;
примітивний - вузли решітки збігаються з вершинами елементарних осередків; ·
базоцентрірованний - атоми займають вершини осередків і два місця в протилежних гранях; ·
об'ємно-центрований - атоми займають вершини осередків і її центр; ·
гранецентрированний - атоми займають вершини осередки і центри всіх шести граней ·
У металевих матеріалах, як правило, формуються три типи кристалічних решіток: об'емноцентрірованная кубічна (ОЦК), гранецентрированная кубічна (ГЦК) і гексагональна щільноупакована (ДП).