Материалы их свойства и методы изучения строения

Введение

Русская наука о металлах начинается с М. В. Ломоносова. В 1763 г. вышла книга «Первые основания металлургии или рудных дел», которая является выдающимся трудом по металлургии, в частности чугуна, и горному делу. М. В. Ломоносов описал в этой книге технологические приемы, необходимые для практика-металлурга и изложил физико-химическую сущность металлургического процесса.

Из последующих работ по металлургии особо следует отметить труды выдающегося русского металлурга горного инженера генерал-майора П. П. Аносова. Он впервые (в 1831 г.) использовал микроскоп для изучения структуры металлов при исследования строения высококачественной стали--булата, проблему изготовления которой П. П. Аносов блестяще разрешил на Златоустовском заводе (1837 г.).

Аносов, по существу, явился зачинателем производства высококачественных сталей, играющих важнейшую роль в современной технике.

Русская металлургия со времен М. В. Ломоносова развивалась в тесном контакте с химией и физикой. Наши химики и физики всегда приходили на помощь металлургам. Особенно велика заслуга великого русского ученого д. И. Менделеева, который боролся за индустриальное развитие России и много сделал для организации металлургических заводов. Однако до Великой 1 Октябрьской социалистической революции из-за отсталости экономики России, консерватизма и косности царского правительства результаты работ русских ученых не могли быть полностью использованы на практике.

Основоположниками современной теории металлургии и металловедения являются Д. К. Чернов, А. А. Байков, Н. С. Курнаков, М. А. Павлов.

Выдающийся русский металлург Д. К. Чернов (1839-- 1921 гг.) сделал крупнейшее и исключительное по своим последствиям открытие. Он установил критические точки-- температуры, при которых происходит изменение структуры и свойств охлажденной стали. Этим открытием Чернов разрешил основной вопрос об условиях термообработки и ковки стали. Современные русские металлурги и металловеды являются последователями Д. К. Чернова. Они создали советские школы металлургии, занявшие выдающееся место в советской и мировой науке. В области металлургии чугуна--это школа академика М. А. Павлова; в области металлургии стали--школа академика А. А. Байкова и других ученых.

Академик М. А. Павлов разработал стройную теорию доменной плавки чугуна и методику металл расчетов, на которых сейчас базируется вся теория и практика доменного дела. Его трехтомный курс Металлургия чугуна, удостоенный Сталинской премии, по глубине исследования и богатству научного и практического материала является единственным в мировой литературе. Под техническим руководством академика

М. А. Павлова при участии академиков А. . Байкова, И. П. Бардина и Н. Т. Гудцова создавались наши гиганты металлургии: Магнитогорский, Кузнецкий и другие заводы.

Академик А. А. Байков разработал теорию металлургических процессов стали, и его идеи получили дальнейшее развитие в работах школы академика М. М. Карнаухова.

В развитии нашей технологии строительных материалов огромную роль сыграли созданные при советской власти научно-исследовательские институты по всем основным строительным Материалам (цементу, керамике, стеклу, асбесту, местным строи тельным материалам и др.) и большая сеть центральных и местных лабораторий революции в России не было ни одного научно-исследовательского института в этой области.

За годы советской власти и обширная научно-техническая литература по строительным материалам. Капитальные основные труды по строительным материалам были созданы советскими учёными. Такими крупными трудами являются: «Технология вяжущих веществ проф. В. Н. Юнга и др., «Технология керамики> действительного члена Академии наук УССР П. П. Будникова и др., «Технология стекла> проф. И. И. Китайгородского и др.

Наши ученые, инженеры и новаторы производства успешно борются за дальнейшее развитие советской ‚ строи тельных материалов, сознавая, что расширение производства и повышение качества всех основных строительных материалов, особенности металла, кирпича, цемента и бетона, являются од ним из важных условий для матёриального обеспечения построения коммунистического общества.

 

Металлы, особенности атомно-кристаллического строения

 

В огромном ряду материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни и деятельности, металлы всегда занимали особое место.

Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике.

Причина этого - в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других материалов и делающих во многих случаях незаменимыми.

Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определенным набором свойств:

  • «металлический блеск» (хорошая отражательная способность);
  • пластичность;
  • высокая теплопроводность;
  • высокая электропроводность.

Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т. е. принадлежать целой совокупности атомов.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».

Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.

Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

Основными типами кристаллических решеток являются:

 

  1. Объемно - центрированная кубическая (ОЦК) , атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, )
  2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК) , атомы располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней (Ag, Au, )
  3. Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:
    • простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);
    • плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости(цинк).

Понятие об изотропии и анизотропи

Свойства тела зависят от природы атомов, из которых оно состоит, и от силы взаимодействия между этими атомами. Силы взаимодействия между атомами в значительной степени определяются расстояниями между ними. В аморфных телах с хаотическим расположением атомов в пространстве расстояния между атомами в различных направлениях равны, следовательно, свойства будут одинаковые, то есть аморфные тела изотропны.

В кристаллических телах атомы правильно располагаются в пространстве, причем по разным направлениям расстояния между атомами неодинаковы, что предопределяет существенные различия в силах взаимодействия между ними и, в конечном результате, разные свойства. Зависимость свойств от направления называется анизотропией.

Магнитные свойства

Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы.

При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определенной температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа – ). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.

Металлы и сплавы, полученные в обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов, то есть, имеют поликристаллическое строение. Эти кристаллы называются зернами. Они имеют неправильную форму и различно ориентированы в пространстве. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, отличную от ориентировки соседних зерен, вследствие чего свойства реальных металлов усредняются, и явления анизотропии не наблюдается.

 

Методы исследования металлов и сплавов: структурные и физические

 

Металлы и сплавы обладают разнообразными свойствами. Используя один метод исследования металлов, невозможно получить информацию о всех свойствах. Используют несколько методов анализа.

Определение химического состава.

Используются методы количественного анализа.

1. Если не требуется большой точности, то используют спектральный анализ.

Спектральный анализ основан на разложении и исследовании спектра электрической дуги или искры, искусственно возбуждаемой между медным электродом и исследуемым металлом.

Зажигается дуга, луч света через призмы попадает в окуляр для анализа спектра. Цвет и концентрация линий спектра позволяют определить содержание химических элементов.

Используются стационарные и переносные стилоскопы.

2. Более точные сведения о составе дает рентгеноспектральный анализ.

 Проводится на микроанализаторах. Позволяет определить состав фаз сплава, характеристики диффузионной подвижности атомов.

Изучение структуры

 

Различают макроструктуру, микроструктуру и тонкую структуру.

1. Макроструктурный анализ – изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом или при небольшом увеличении, с помощью лупы.

Осуществляется после предварительной подготовки исследуемой поверхности (шлифование и травление специальными реактивами).

Позволяет выявить и определить дефекты, возникшие на различных этапах производства литых, кованных, штампованных и катанных заготовок, а также причины разрушения деталей.

Устанавливают: вид излома (вязкий, хрупкий); величину, форму и расположение зерен и дендритов литого металла; дефекты, нарушающие сплошность металла (усадочную пористость, газовые пузыри, раковины, трещины); химическую неоднородность металла, вызванную процессами кристаллизации или созданную термической и химико-термической обработкой; волокна в деформированном металле.

2. Микроструктурный анализ – изучение поверхности при помощи световых микроскопов. Увеличение – 50…2000 раз. Позволяет обнаружить элементы структуры размером до 0,2 мкм.

Образцы – микрошлифы с блестящей полированной поверхностью, так как структура рассматривается в отраженном свете. Наблюдаются микротрещины и неметаллические включения.

Для выявления микроструктуры поверхность травят реактивами, зависящими от состава сплава. Различные фазы протравливаются неодинаково и окрашиваются по разному. Можно выявить форму, размеры и ориентировку зерен, отдельные фазы и структурные составляющие.

Кроме световых микроскопов используют электронные микроскопы с большой разрешающей способностью.

Изображение формируется при помощи потока быстро летящих электронов. Электронные лучи с длиной волны (0,04…0,12 ) ·10-8 см дают возможность различать детали объекта, по своим размерам соответствующие межатомным расстояниям.

Просвечивающие микроскопы. Поток электронов проходит через изучаемый объект. Изображение является результатом неодинакового рассеяния электронов на объекте. Различают косвенные и прямые методы исследования.

При косвенном методе изучают не сам объект, а его отпечаток – кварцевый или угольный слепок (реплику), отображающую рельеф микрошлифа, для предупреждения вторичного излучения, искажающего картину.

При прямом методе изучают тонкие металлические фольги, толщиной до 300 нм, на просвет. Фольги получают непосредственно из изучаемого металла.

Растровые микроскопы. Изображение создается за счет вторичной эмиссии электронов, излучаемых поверхностью, на которую падает непрерывно перемещающийся по этой поверхности поток первичных электронов. Изучается непосредственно поверхность металла. Разрешающая способность несколько ниже, чем у просвечивающих микроскопов.

3. Для изучения атомно-кристаллического строения твердых тел (тонкое строение) используются рентгенографические методы, позволяющие устанавливать связь между химическим составом, структурой и свойствами тела, тип твердых растворов, микронапряжения, концентрацию дефектов, плотность дислокаций. Физические методы исследования

1. Термический анализ основан на явлении теплового эффекта. Фазовые превращения в сплавах сопровождаются тепловым эффектом, в результате на кривых охлаждения сплавов при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба или температурные остановки. Данный метод позволяет определить критические точки.

2. Дилатометрический метод. При нагреве металлов и сплавов происходит изменение объема и линейных размеров – тепловое расширение. Если изменения обусловлены только увеличением энергии колебаний атомов, то при охлаждении размеры восстанавливаются. При фазовых превращениях изменения размеров – необратимы.

Метод позволяет определить критические точки сплавов, температурные интервалы существования фаз, а также изучать процессы распада твердых растворов.

3 . Магнитный анализ. Используется для исследования процессов, связанных с переходом из парамагнитного состояния в ферромагнитное (или наоборот), причем возможна количественная оценка этих процессов.

 

Понятие о сплавах и методах их получения

 

Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Возможны другие способы приготовления сплавов: спекание, электролиз, возгонка. В этом случае вещества называются псевдосплавами. Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы обладают более разнообразным комплексом свойств, которые изменяются в зависимости от состава и метода обработки.

 

Основные понятия в теории сплавов.

 

Система – группа тел выделяемых для наблюдения и изучения.

В металловедении системами являются металлы и металлические сплавы. Чистый металл является простой однокомпонентной системой, сплав – сложной системой, состоящей из двух и более компонентов.

Компоненты – вещества, образующие систему. В качестве компонентов выступают чистые вещества и химические соединения, если они не диссоциируют на составные части в исследуемом интервале температур.

Фаза – однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностного раздела, при переходе через которую структура и свойства резко меняются.

Строение металлического сплава зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав. Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях. При образовании сплавов в процессе их затвердевании возможно различное взаимодействие компонентов.

В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы:

  1. механические смеси;
  2. химические соединения;
  3. твердые растворы.

Сплавы механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.

Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.

Особенности этих сплавов:

  1. Постоянство состава, то есть сплав образуется при определенном соотношении компонентов, химическое соединение обозначается Аn Вm.
  2. Образуется специфическая, отличающаяся от решеток элементов, составляющих химическое соединение, кристаллическая решетка с правильным упорядоченным расположением атомов
  3. Ярко выраженные индивидуальные свойства.
  4. Постоянство температуры кристаллизации, как у чистых компонентов.

Сплавы твердые растворы – это твердые фазы, в которых соотношения между компонентами могут изменяться. Являются кристаллическими веществами.

Характерной особенностью твердых растворов является: наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя. Твердый раствор состоит из однородных зерен.

 

Механические свойства металлов и способы определения их количественных характеристик

 

Основными механическими свойствами являются прочность, упругость, вязкость, твердость. Зная механические свойства, конструктор обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность конструкций при их минимальной массе.

Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении от действия внешних нагрузок.

В зависимости от условий нагружения механические свойства могут определяться при:

  1. статическом нагружении – нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.
  2. динамическом нагружении – нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.
  3. повторно, переменном или циклическим нагружении – нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.

Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических испытаний регламентированы ГОСТами.

При статическом испытании на растяжение: ГОСТ 1497 получают характеристики прочности и пластичности.

Прочность – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению.

Испытания проводятся на специальных машинах, которые записывают диаграмму растяжения, выражающую зависимость удлинения образца (мм) от действующей нагрузки Р.

Предел прочности при поперечном изгибе твердых сплавов определяют в соответствии с ГОСТ20019-74.

Сущность метода - разрушение образца, свободно лежащего на двух опорах, силой, приложенной в середине пролета в условиях кратковременного статического нагружения.

Образцы для испытания должны иметь прямоугольное сечение и следующие размеры:

 

Тип образца

Длина

Ширина

Высота

А

34-36

4.75-5.25

4.75-5.25

В

19-20

6.25-6.75

5.0-5.5

 

Образцы для испытания шлифуют по четырем граням параллельно длине образца . Толщина снимаемого с каждой стороны слоя должна быть не менее 0,1мм, а шероховатость поверхности - Ra≤0,4 мкм. С четырех длинных кромок снимают фаску 0,15-0,20мм под углом ≥45◦.

Проведение испытаний. Образец помещают на опорные цилиндры так, чтобы его длина была перпендикулярна продольной оси опорных цилиндров.

Нагружающий цилиндр приводят постепенно в соприкосновение с образцом.

Увеличивают давление на образец с постоянной скоростью не более 200Н/мм2.

Обработка результатов.

Предел прочности при поперечном изгибе (Rbm), выраженный в ньютонах на квадратный мм, вычисляют по формуле:

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение не менее пяти определений, округленное до ближайших 10Н/мм2

Оборудование. В качестве испытательных машин применяют разрывные и универсальные машины.

Приспособление для испытаний должно иметь две свободно лежащие цилиндрические опоры и одну свободно лежащую нагружающую цилиндрическую опору диаметром (6±0,2)мм каждая.

Так как практически невозможно установить точку перехода в неупругое состояние, то устанавливают условный предел упругости – максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию.

Предел текучести характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям.

Физический предел текучести – это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке (наличие горизонтальной площадки на диаграмме растяжения).

Предел прочности – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву).

Пластичность – способность материала к пластической деформации, т.е. способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением.

Вязкость – способность материала поглощать механическую энергию внешних сил за счет пластической деформации.

Является энергетической характеристикой материала, выражается в единицах работы. Вязкость металлов и сплавов определяется их химическим составом, термической обработкой и другими внутренними факторами.

Также вязкость зависит от условий, в которых работает металл (температуры, скорости нагружения, наличия концентраторов напряжения). С повышением температуры вязкость увеличивается.

Хладоломкость - склонность металла к переходу в хрупкое состояние с понижением температуры.

Хладоломкими являются железо, вольфрам, цинк и другие металлы, имеющие объемноцентрированную кубическую и гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку.

Механические свойства и способы определения их количественных характеристик: твердость, вязкость, усталостная прочность.

Твердость – это сопротивление материала проникновению в его поверхность стандартного тела (индентора), не деформирующегося при испытании.

Широкое распространение объясняется тем, что не требуются специальные образцы.

Это неразрушающий метод контроля. Основной метод оценки качества термической обработке изделия. О твердости судят либо по глубине проникновения индентора (метод Роквелла), либо по величине отпечатка от вдавливания (методы Бринелля, Виккерса, микротвердости).

Во всех случаях происходит пластическая деформация материала. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем выше твердость.

Наибольшее распространение получили методы Бринелля, Роквелла, Виккерса и микротвердости.

 

Метод Роквелла ГОСТ 9013

 

Основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой. Индентор для мягких материалов (до НВ 230) – стальной шарик диаметром 1/16” (1,6 мм), для более твердых материалов – конус алмазный. Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка (10 ктс) для плотного соприкосновения наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р1, в течение некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р. После снятия основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкой.

Метод определения твердости по Роквеллу на сплавы твердые спеченные регламентирован ГОСТом 20017-74.

Метод заключается во вдавливании алмазного конического наконечника в испытуемый образец под действием двух сил, предварительной и общей (равной сумме предварительной и дополнительной сил) и в измерении увеличения глубины внедрения наконечника после снятия дополнительной силы.

Предварительная сила - F0-=98.07Н (10кгс)

Дополнительная сила - F1=490.3Н (50кгс)

За единицу измерения принимают величину, соответствующую осевому перемещению наконечника на 0,002мм.

Образцы для испытаний.

Испытание проводят на образце с шероховатостью поверхности Ra≤0.2мкм.

Толщина слоя, удаляемого с поверхности должна быть не менее 0,2мм.

Оборудование – прибор Роквелла по ГОСТ23677-79, алмазный конический наконечник по ГОСТ 9377-81., образцовые меры твердости.

 

Метод царапания.

 

Алмазным конусом, пирамидой или шариком наносится царапина, которая является мерой. При нанесении царапин на другие материалы и сравнении их с мерой судят о твердости материала.

Можно нанести царапину шириной 10 мм под действием определенной нагрузки. Наблюдают за величиной нагрузки, которая дает эту ширину.

Технологические свойства

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться различным способам холодной и горячей обработки.

1. Литейные свойства.

Характеризуют способность материала к получению из него качественных отливок.

Жидкотекучесть – характеризует способность расплавленного металла заполнять литейную форму.

Усадка (линейная и объемная) – характеризует способность материала изменять свои линейные размеры и объем в процессе затвердевания и охлаждения. Для предупреждения линейной усадки при создании моделей используют нестандартные метры.

Ликвация – неоднородность химического состава по объему.

2. Способность материала к обработке давлением.

Это способность материала изменять размеры и форму под влиянием внешних нагрузок не разрушаясь.

Она контролируется в результате технологических испытаний, проводимых в условиях, максимально приближенных к производственным.

 

Листовой материал испытывают на перегиб и вытяжку сферической лунки. Проволоку испытывают на перегиб, скручивание, на навивание. Трубы испытывают на раздачу, сплющивание до определенной высоты и изгиб.

Критерием годности материала является отсутствие дефектов после испытания.

3. Свариваемость.

Это способность материала образовывать неразъемные соединения требуемого качества. Оценивается по качеству сварного шва.

4. Способность к обработке резанием.

Характеризует способность материала поддаваться обработке различным режущим инструментом. Оценивается по стойкости инструмента и по качеству поверхностного слоя.

Эксплуатационные свойства

Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях.

1. Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

2. Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться действию агрессивных кислотных, щелочных сред.

3. Жаростойкость – это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

4. Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.

5. Хладостойкость – способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах.

6. Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.

Эти свойства определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы изделий.

При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства.

 

Материалы порошковой металлургии

 

Порошковая металлургия – область техники, охватывающая процессы получения порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из них без расплавления.

Характерной особенностью порошковой металлургии является применение исходного материала в виде порошков, из которых прессованием формуются изделия заданной формы и размеров. Полученные заготовки подвергаются спеканию при температуре ниже температуры плавления основного компонента.

Основными достоинствами технологии производства изделий методом порошковой металлургии являются

1. возможность изготовления деталей из тугоплавких металлов и соединений, когда другие методы использовать невозможно;

2. значительная экономия металла за счет получения изделий высокой точности, в минимальной степени нуждающихся в последующей механической обработке (отходы составляют не более 1…3 %);

 

3. возможность получения материалов максимальной чистоты;

 

4. простота технологии порошковой металлургии.

Методом порошковой металлургии изготавливают твердые сплавы, пористые материалы: антифрикционные и фрикционные, фильтры; электропроводники, конструкционные детали, в том числе работающие при высоких температурах и в агрессивных средах.

 

Заключение

Чтобы работа шла успешно, нужно знать свойства материала, его технологические и декоративные качества. В настоящее время используют металлы в чистом виде и сплавы. Металлы и их сплавы делятся на черные и цветные.

Сталь (сплав железа с углеродом и другими элементами) упруга и обладает способностью закаливаться. Нагретый до красного каления и опущенный в воду кусок стали приобретает различные степени твердости и упругости. При нагревании и медленном охлаждении сталь теряет свои свойства, или, как говорят, отпускается. Сталь куется, хорошо режется. Закаленную сталь вообще нельзя обрабатывать инструментами, ее надо сначала отпустить. Чем меньше в стали углерода, тем она мягче. Мягкость стали повышается при отжиге, который состоит в том, что сталь нагревают докрасна и затем медленно охлаждают. Сталь выпускают в виде сортового материала. Для гравирования и других подобных работ используют стали У 8 и У10.

Цветные металлы выпускают в виде чушек, полос, лент, трубок, прутков, проволоки, листового материала.

Медь - довольно мягкий, очень ковкий металл оранжево-красного цвета. Обрабатывается медь легко, но при этом нужно иметь в виду ее большую вязкость. Медь очень хорошо паяется оловом и твердым припоем, обладает большой электро- и теплопроводностью. Листовая медь является основным материалом для чеканных, граверных работ и декоративных работ из проволоки.

Бронза представляет собой сплав меди с оловом; от содержания последнего цвет металла меняется и приобретает то розовый, то красный, то желтый и серый оттенок. Если бронзу покрыть патиной (налетом, состоящим из оксидов меди), то она становится зеленоватой или дымчатой. Бронза пригодна для литейных и инкрустационных работ.

Латунь - сплав цинка и меди. Цвет латуни зависит от содержания в сплаве цинка. Латунь более тверда, нежели красная медь, ковкость латуни значительно хуже. По сравнению с медью она хрупка и обладает некоторой упругостью. Латунь легко поддается различной обработке, ее можно применять в наборе инкрустационных вставок - тонких жилок и украшений различных конфигураций, как листовой материал в чеканных работах.

Цинк - металл синевато-белого цвета, плавится при температуре 419 °С, куется плохо, легко паяется и обрабатывается инструментами, а также гравируется, и при соответствующей обработке ему можно придать различный вид. Очень хорош для литья, как в чистом виде, так и в сплавах с другими металлами.

Олово - мягкий металл серебристо-белого цвета, плавится при 232 °С. Входит в состав различных бронз. Его легко узнать по характерному хрусту при изломе. Олово идет для лужения посуды, для пайки как в чистом виде, так и в сплавах со свинцом, продукты коррозии безвредны. Олово и его сплавы являются подходящим металлом для инкрустации.

Алюминий - серебристо-белого цвета металл, плавится при температуре около 658 °С. Чистый алюминий легок и легко обрабатывается. Литой алюминий довольно хрупок, а прокатный, отожженный - пластичен.

Свинец - мягкий, очень пластичный металл синевато-серого цвета, плавится при 327 °С, хорошо противостоит окислению. Оксиды свинца ядовиты. Пригоден для литейных работ.

Серебро - в декоративных целях используют в виде сплавов с медью, так как чистое серебро слишком мягкое и неудобно при обработке. Серебряные вставки можно применять в инкрустационных работах, обрабатывая вставки способами гравирования, чеканки и черни.

Рассмотрим некоторые свойства металлов, влияющие на качество исполнения художественных изделий.

Ковкие пластичные металлы требуют силы резания, но необходимо учитывать их вязкость. Кусок меди или свинца надо рубить зубилом до конца, в то время как кусок латуни, цинка или стали можно надрубить и затем сломать. Более твердая латунь при обточке дает гладкую поверхность, медь или алюминий как бы тянутся за резцом.

Хрупкость - способность твердых тел разрушаться при механических воздействиях без заметной пластической деформации, свойство, противоположное пластичности. Сильно закаленная сталь, многие сорта чугуна и бронз от удара разлетаются на куски. Хрупкость металла не всегда является признаком его твердости, например цинковая отливка хрупка, но не тверда. Закаленный нож и хрупок и тверд.

Упругость - свойство металла восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил или других причин (например, нагревания), вызвавших деформацию. В наибольшей степени этим свойством обладают специальные сорта стали.

Способность металла плавиться при нагревании - это один из самых дешевых способов получения изделий из металла. Части огромных машин и мелкая скульптура из металла по существу изготовляются одинаковым способом.

Когда необходимо закалить деталь, сохранив вязкость металла, используют токи высокой частоты; деталь закаляется на глубину в несколько миллиметров. Вся остальная масса металла внутри изделия остается без изменения. И, наконец, детали из металла можно обрабатывать без нагревания (гравирование и резьба по металлу).

 

Список использованной литературы

 

1. И.А.Рыбьев «Строительное материаловедение»,

 

2. Г.И.Горчаков, Ю.М.Баженов «Строительные материалы»,

 

3. В.Г.Микульский, В.Н.Куприянов и др. «Строительные материалы»,

 

4. П.Ф.Шубенкин «Строительные материалы и изделия. Примеры задач с решениями».