РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ

КАКИМИ СВОЙСТВАМИ ОБЛАДАЮТ МЕТАЛЛЫ

Подробнее о нержавеющем и цветном металлопрокате на сайте http://www.auremo.org/

Одно из важнейших свойств металла — его твёрдость.

Железный гвоздь нельзя забить в камень или кирпич, так как они твёрже, чем железо. Твёрдость — это способ­ность тела сопротивляться вдавливанию в его поверх­ность другого тела.

Самой высокой твёрдостью обладает химический эле­мент углерод, встречающийся в виде алмаза. Алмазной крупинкой с остро отточенными краями легко режут стекло. С твёрдостью алмаза сравнивают твёрдость всех других веществ.

Установлена сравнительная шкала твёрдости. По этой шкале твёрдость алмаза равна 10 единицам. Все другие минералы и металлы имеют твёрдость меньше 10. Эта шкала твёрдости называется минералогической.

Твёрдость кристаллического тела во многом зависит от типа решётки. Чем ближе расположены атомы друг к другу и чем больше находится электронов во внешних слоях атомов, тем твёрже тело.

Различные металлы имеют разную твёрдость. На этом основана их обработка резанием. Например, стальной резец легко снимает стружку с медных или алюминиевых изделий, а для обработки самой стали требуется резец из более твёрдых, чем сталь, сплавов.

Твёрдость металлов и сплавов измеряют особым при­бором — твердомером (рис. 6), главной частью ко­торого является оправка с алмазным наконечником. Под действием строго определённого груза алмаз углубляется в поверхность испытуемого изделия. Чем глубже он вой­дёт, тем менее твёрдо изделие. Конечно, не всякий раз замеряют глубину внедрения алмаза. Стрелка твердо­мера сразу показывает единицы твёрдости.

Испытаниями опреде­лено, что твёрдость закалённой стали в де - сять-пятнадцать раз выше твёрдости меди и в пять раз выше твёр­дости алюминиевых сплавов.

Важным качеством металла является его прочность.

Какой груз можно подвесить, например, на тонкой проволоке, поперечное сечение ко­торой один квадрат­ный миллиметр?

Если проволока из меди, то она выдержит груз не более 20—22 килограммов, проволо - рис 0^ Прибор для испытания металлов ка из высокопрочной на твёрдость: /—циферблат, 2—алмаз стали выдерживает для испытания, 3 — столик с винтом, 4 — до 180—200 килограм - рукоятка, 5—груз,

Мов. Эти нагрузки со­ответствуют пределу прочности, так как дальней­шее увеличение груза приведёт к разрыву проволоки.

Пределом прочности металла при растяже­нии называется нагрузка, приходящаяся на каждый квадратный миллиметр поперечного сечения образца в момент его разрушения.

Часто нагрузку, которая приходится на единицу пло­щади (на 1 мм), называют напряжением. При ис­пытании металлов на прочность получают специальные диаграммы растяжения (рис. 7). На этой диаграмме по

Вертикальной оси отмечается величина нагрузки, а по горизонтальной — величина удлинения образца при его растяжении.

Разные металлы резко отличаются друг от друга по прочности. Например, некоторые сорта стали имеют пре­дел прочности до 200 кг! мм2, а свинец — всего 2 кг! мм2.

Во время испытания на растяжение стального и свин­цового образцов (рис. 8) даже неопытный наблюдатель заметит существенную разницу в их поведении. Свинцо­вый образец до разрыва увеличивается в длину почти вдвое. Стальной же образец до самого разрушения почти не изменится в длине и разрушится с треском сразу.

Способность металла под действием сил изменять свою первоначальную форму называется пластичностью.

Какой металл практически лучше — тот, который раз­рушается без изменения своей формы, или тот, который способен перед разрушением несколько изменять форму, т. е. деформироваться?

Стальные балки железнодорожного моста, по кото­рому идут днём и ночью нагруженные составы, обладают, кроме прочности, ещё и пластичностью. В противном слу­чае они при перегрузке моста без изменения формы и размеров разрушились бы, как разрушается стекло. Но так как стальные балки моста обладают некоторой плас­тичностью, то при действии больших нагрузок они вна­чале чуть-чуть изогнутся и останутся в таком виде и после того, как состав уйдёт. Это даёт возможность при осмотре обнаружить изгиб балок и принять меры, предупредить катастрофу.

Благодаря свойству пластичности детали машин и со­оружений как бы «сигнализируют» о том, что работают при чрезмерно больших напряжениях. Вот почему для из­готовления деталей машин и для узлов конструкций упот­ребляются металлы, обладающие достаточными пластич­ными свойствами.

В технике очень много сооружений, на которые дли­тельное время воздействуют небольшие нагрузки. На­блюдая за поведением нагруженных узлов, можно обна­ружить, что они непрерывно, хотя и очень медленно, из­меняют свою первоначальную форму.

Свойство металлов медленно и непрерывно изменять свою форму при длительном воздействии даже невысоких напряжений называется ползучестью. Одни ме­таллы, как, например, свинец, медь, олово и др., находясь под нагрузкой, заметно ползут уже при комнатной тем­пературе. Например, тяжёлый свинцовый лист, прибитый гвоздём к стенке, под действием своего веса постепенно «поползёт» вниз (рис. 9). Ползучесть стали возможна лишь при повышенных температурах. Чем большей устой­чивостью против ползучести обладает сплав, тем он более ценен для машин, детали которых ргаботают при высоких температурах.

Есть ещё очень важное свойство металлических из­делий — сопротивляться действию переменных по вели­чине и по направлению нагрузок. Примером такого изде -

Лия может служить коленчатый вал двигателя (рис. 10). При работе он многократно подвергается изгибу во все­возможных направлениях. При этом напряжение всё время изменяет свою величину и направление.

Известны случаи поломки коленчатых валов даже при небольших напряжениях. Такие поломки обычно проис­ходят после длительной работы детали. Объясняется это

Тем, что при длительном воздействии многократно повто­ряющихся напряжений в одном каком-то месте появ­ляется мельчайшая невидимая невооружённым глазом трещина, которая с течением времени увеличивается и, наконец, приводит к разрушению детали. В таких случаях говорят, что деталь разрушилась от усталости. Изу­чение усталости металлов показало, что все металлы и сплавы обладают пределом выносливости. Пре­делом выносливости называется величина напряжения,

Которое может выдержать деталь без разрушения при сколь угодно большом количестве нагружений. Чем выше предел выносливости металла, тем при более высоких пе­ременных напряжениях может работать деталь. Напри­мер, стальная ось железнодорожного вагона рассчиты­вается так, чтобы она в течение своей жизни могла выдер­жать 400 миллионов нагружений, а вал паровой тур­бины— не менее 15 миллиардов смен нагрузок.

Мы выяснили, что практическая ценность металлов определяется в первую очередь их прочностью, пластич­ностью, твёрдостью и пределом выносливости. А можно ли улучшить эти качества металлов? Можно. Такую воз­можность даёт введение в обычные металлы небольших добавок некоторых редких металлов. Эти добавки в не­сколько раз повышают механические свойства метал­лов: твёрдость, предел прочности, предел усталости, со­противление ползучести, упругость. Помимо этого, ме­таллы становятся более стойкими против воздействия крепких кислот и щелочей, меньше теряют прочность при разогревании, лучше сопротивляются окислению.

Вот об этих свойствах редких металлов мы сейчас и расскажем.