Какие металлы легко поддаются обработке
Золото — металл красивого желтого цвета с сильным блеском, вязкий, мягкий, ковкий, тягучий (из одного грамма золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км); химически очень стойкий. Редко в чистом виде, чаще в виде сплава с другими металлами золото применяется для изготовления всех без исключения ювелирных украшений и как материал декоративного покрытия при золочении недрагоценных металлов. За счет введения в сплавы специальных легирующих добавок получают золото белого. Желтого. Красного, зеленого, розового и даже черного и голубого цвета. Золото применяют в сочетании с платиной, серебром. Титаном. Черным деревом.
Серебро — металл блестяще — белого цвета с очень высокой отражательной способностью (95%), тягучий, ковкий, пластичный; хорошо полируется, режется. Скручивается, прокатывается в листы толщиной до 0,00025мм и вытягивается в тончайшую проволоку. Серебро устойчиво на воздухе и во влажной среде.
В чистом виде серебро используется для серебрения изделий из недрагоценных металлов. Чаще всего серебро применяют в сплаве с медью, а также в сочетании с золотом, эмалью, чернью.
Платина — металл серебристо-белого цвета, мягкий и ковкий, тугоплавкий, по твердости превосходит золото и серебро; легко поддается прокатке, штамповке, волочению.
Кроме перечисленных основных металлов используют: палладий, родий, рутений, иридий, осмий.
Сплавы драгоценных металлов.
Применение драгоценных металлов в чистом виде не всегда целесообразно из-за их дороговизны, недостаточной твердости и износостойкости, поэтому чаще используют сплавы этих металлов.
Серебро — в составе сплава придает ему пластичность, мягкость, ковкость, понижает температуру плавления.
Медь — увеличивает твердость сплава, обусловливает ковкость, тягучесть. Пластичность, меняет цвет сплава от красного до ярко красного.
Палладий — повышает температуру плавления сплава. Обеспечивает пластичность и ковкость, прибавка палладия окрашивает слиток в бурый или белый цвет.
Никель — придает ковкость, пластичность, твердость. Повышает литейные качества, меняет цвет сплава на бледно-желтый.
Цинк — делает сплав твердым, хрупким, повышает текучесть, понижает температуру плавления.
Алюминий — обеспечивает пластичность, ковкость, отражающую способность, повышает коррозийную стойкость.
Платина повышает упругость сплава и температуру его плавления, придает сплаву белый цвет.
Медь — металл характерного красного цвета, мягкий, пластичный, вязкий, легко поддается обработке давлением. Медь хорошо шлифуется и полируется, но быстро теряет блеск, ее затруднительно сверлить, точить, фрезеровать. Медь чаще всего применяется для чеканки и изготовления филигранных украшений.
Алюминий — металл серебристо — белого цвета, легкий, мягкий, вязкий, хорошо отливается и прокатывается в листы и проволоку.
Цинк — светло-серый металл с голубым оттенком. Обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется для покрытия стальных изделий в целях защиты от коррозии.
Олово — металл серебристо- белого цвета, мягкий и пластичный. Олово легко можно раскатать в тонкие пласты, называемые фольгой. Применяют для покрытия тонких листов стали и получения белой жести.
Так же используются и другие металлы, такие как: никель, кадмий,
Сплавы цветных металлов
Бронза — сплав на основе меди, главными компонентами которого являются олово, цинк, никель, свинец, фосфор и марганец. Бронза широко применяется в художественном литье, изготовлении сувениров, юбилейных значков и медалей.
Латунь — сплав меди с цинком. Латунь легко поддается пластической деформации, обработке давлением и резанием.
Мельхиор — пластичный и прочный сплав меди с 20% никеля, обладает красивым серебристым цветом, легко чеканится, штампуется, режется, полируется.
Нейзильбер — сплав меди с 20% цинка и 15% никеля; отличается высокой пластичностью, тягучестью и коррозионной стойкостью.
Кроме перечисленных металлов используются также: чугун, сталь, титан, тантал, ниобий. Чаще других используют чугун и сталь.
Чугун — сплав железа с углеродами, содержащий более 2% углерода, а также примеси других элементов. Чугун является одним из самых дешевых и распространенных конструкционных материалов. Из чугуна получают сталь.
Сталь — сплав железа с углеродом, содержащий до 2,1% углерода. Как и чугун, сталь содержит в себе примеси некоторых других элементов. Основное отличие стали от чугуна — это то, что сталь содержит меньшее количество углерода и примесей.
Свойства металлов [2]
Каждый метал и сплав обладает определенными механическими и технологическими свойствами (Рисунок 2).
Рисунок 2. Механические и технологические свойства металлов.
Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки, не разрушаясь.
Твердость — свойство металла сопротивляться внедрению в него другого, более твердого материала.
Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после устранения внешних сил.
Вязкость — свойство тел поглощать энергию при ударе.
Пластичность — способность, изменять форму под действием внешних сил, не разрушаясь.
Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием ударов.
Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму и получать плотные отливки.
Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.
Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различным инструментом.
Возможность соединения пайкой — свойство металла или сплава подвергаться обработке пайкой.
В каком состоянии металлы лучше поддаются ковке? Какой металл лучше использовать в ковке
Ковка металла подразумевает процесс технологической обработки металлических заготовок для придания им необходимого внешнего вида в ходе изменения их размеров и формы. Те изделия, которые получают в ходе обработки, называются поковкой. При этом, для того чтобы получился качественный полуфабрикат, необходимо знать, в каком состоянии металлы лучше поддаются ковке, какой материал больше всего подходит в том или ином случае и т.д.
Среди основных металлов, которые лучше всего подходят для ковки, стоит отметить: благородные металлы, чугун, свинец, сталь, медь и бронзу. Но зачастую используют только три основных. Кузница – это мастерская, в которой происходит обработка материала посредством ковки. Стоит отметить, что в современном мире из-за относительно невысокого уровня производительности ручного труда производство все больше переходит на фабричное (конвейерное). Теперь вместо мастерских все чаще встречаются кузнечные цеха, оснащенные гидравлическими молотами. Что касается ручной работы, то сейчас к ней прибегают только для изготовления штучных изделий или художественной ковки.
История
Кузнечное дело можно с полной уверенностью назвать вторым из списка древних ремесел. После того как человечество обнаружило неоспоримое преимущество железных изделий перед каменными, сразу началось активное развитие кузнечного дела. Испокон веков кузни были зачастую на окраине любого поселения из-за того, что это является местом повышенной пожароопасности. В давние времена обязательным атрибутом такой мастерской являлись воздуходувные меха и горн (жаровня), который был предназначен для того, чтобы довести металл до необходимой температуры. Для топлива применялся древесный или каменный уголь. В качестве основных инструментов, использовались: зубила, наковальня, молот, клещи, напильник, гвоздильня и наждачный камень.
Кузнецы в России
Что касается России, то практически до XIX технология ковки метала была неизменна, и это при том, что кузнецы того времени были на таком высоком уровне, что без проблем могли делать даже часы, не говоря уже о ножах и прочем. Особенное место занимало производство всяческих замков с различным секретным механизмом, при этом мастера знали, какой металл лучше использовать в ковке.
Требования к кузнецу
К сожалению, а может и к счастью, но настоящим мастером кузнечного дела может стать далеко не каждый. Мало знать, в каком состоянии металлы лучше поддаются ковке, каким инструментом необходимо пользоваться при этом. Кузнец должен обладать недюжинной силой, иметь крепкое физическое и психическое здоровье, быть аккуратным, иметь хорошую фантазию.
Виды ковки
В зависимости от того, выполняется ковка при воздействии высокой температуры или при отсутствии таковой, можно разделить этот процесс на два вида – холодный и горячий.
Что касается последней, то в этом случае подразумевается, что металл, используемый для ковки, будет доведен до необходимого состояния непосредственно в горне. Стоит ли говорить о том, что каждый материал имеет собственную температуру в зависимости от индивидуальных химических и физических свойств.
Холодная ковка, исходя из своего названия, не подразумевает нагрева, а обработка происходит при помощи специального оборудования. Кстати, если материал требует штамповки, то в этом случае его помещают в специальное штамповочное оборудование, которое ограничивает его размер до необходимого, после чего под давлением металл приобретает форму полости, в которую он был помещен. Эта процедура применяется зачастую только в массовом, серийном производстве.
Классификация по способу обработки
Классификация ковки осуществляется в зависимости от метода обработки металла: обжимка криц, сварка и обыкновенная. Последняя, в свою очередь, подразумевает уплотнение материала и придание ему необходимой формы. Во время сварки выполняется сращивание пакетов, которые состоят из отдельных частей, что были нагреты до необходимой температуры. Что касается обжимки криц, то при таком методе происходит уплотнение с последующей сваркой частиц с выделением шлаков непосредственно из крицы (железной массы, похожей внешне на тесто).
Ковка может быть ручной и автоматической. Первая обуславливается серией последовательных операций при помощи молота, кувалды и прочих инструментов. Изначально производится осадка заготовки, вытяжка, прошивка, рубка, гибка, сварка и окончательная обработка.
В случае с автоматической ковкой, выполняются все те же операции, только вместо ручного труда используется специальное оборудование.
Металлы для ковки
В кузнечном деле мастерам иной раз приходится сталкиваться с разными металлами и их сплавами. Одинаковые по своему размеру заготовки могут требовать различной температуры, а значит и разного количества топлива.
Что такое теплопроводность металла? Это скорость нагрева заготовки относительно ее сечения. Можно сделать следующий вывод: чем меньше его теплопроводность, тем выше риск возникновения трещин. Таким образом, теплопроводность напрямую связана с расходом топлива.
Непосредственно для кузнечных работ применяются так называемые «ковкие» металлы, другими словами пластичные сплавы, например, железо с углеродом, исходя из количества его содержания, различают: высокоуглеродистые (0,6-2%), средние (0,25-0,6%), низкоуглеродистые (до 0,25%).
Сталь
Что касается своего строения, то сталь походит на зернисто-кристаллическое тело, которое представляет собой некие зерна. Благодаря своим свойствам она является идеальным материалом для кузнеца. В том случае, если содержание углерода не превышает 0,1%, сталь получается довольно мягкой и удобной к свариванию без дополнительной закалки, в практике его называют просто – железо.
Если содержание углерода держится в районе 0,1-0,3%, то такой материал отвечает всем требованиям, и пригоден там, где необходима художественная ковка. Используемые металлы при этом могут быть и другими, только примесей в них должно быть не более 1%. Их еще называют поделочными.
Углеродистая сталь
Та сталь, которая содержит не более 1,7% углерода, называется углеродистой и, несмотря на то что этот материал достаточно сложный для ручной ковки, он отлично подойдет для автоматической.
Что касается ГОСТа 380-71, сталь для художественной ковки имеет маркировку от 0 до 8. Обозначается материал следующим образом: Ст0 или Ст1 и т.д. Этот номер, который стоит после букв, обозначает процентное содержание углерода в сотых долях. Отвечая на вопрос «в каком состоянии металлы лучше поддаются ковке», необходимо понимать, что чем ближе показатель к нулю, тем мягче материал. Например Ст10, содержит 0,10% углерода. Далее будет представлена таблица, где наглядно видно, в каком состоянии металлы лучше поддаются ковке, точнее температура начала и конца этой процедуры.
Самые прочные металлы в мире: топ-10
Можете ли вы представить, что произошло, если бы наши предки не обнаружили важные металлы, такие как серебро, золото, медь и железо? Наверное, мы бы до сих пор жили в хижинах, используя камень в качестве основного инструмента. Именно крепость металла сыграла важную роль в формировании нашего прошлого и теперь работают как основа, на которой мы строим будущее.
Некоторые из них очень мягкие и буквально тают в руках, как самый активный металл в мире. Другие — настолько твердые, что их невозможно согнуть, поцарапать или сломать без применения спецсредств.
А если вам интересно, какие металлы самые твердые и прочные в мире, мы ответим на этот вопрос, учитывая различные оценки относительной твердости материалов (шкала Мооса, метод Бринелля), а также такие параметры как:
- Модуль Юнга: учитывает эластичность элемента при растяжении, то есть способность объекта к сопротивлению при упругой деформации.
- Предел текучести: определяет максимальный предел прочности материала, после которого он начинает проявлять пластичное поведение.
- Предел прочности при растяжении: предельное механическое напряжение, после которого материал начинает разрушаться.
10. Тантал
У этого металла сразу три достоинства: он прочный, плотный и очень устойчив к коррозии. Кроме того, этот элемент относится к группе тугоплавких металлов, таких как вольфрам. Чтобы расплавить тантал вам придется развести огонь температурой 3 017 °C.
Тантал в основном используется в секторе электроники для производства долговечных, сверхмощных конденсаторов для телефонов, домашних компьютеров, камер и даже для электронных устройств в автомобилях.
9. Бериллий
А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.
Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.
Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.
8. Уран
Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.
Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения — ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.
7. Железо и сталь
Как чистое вещество железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Но из-за минимальных затрат на добычу оно часто комбинируется с другими элементами для производства стали.
Сталь — это очень прочный сплав из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, то все равно используете сталь каждый раз, когда режете продукты ножом (если он, конечно, не керамический).
6. Титан
Титан — это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.
Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.
Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.
5. Рений
Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.
Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.
Россия — третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.
4. Хром
По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость химических элементов к царапинам, хром находится в пятерке лучших, уступая лишь бору, алмазу и вольфраму.
Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. С ним легче обращаться, чем с металлами платиновой группы, к тому же он более распространен, поэтому хром является популярным элементом, используемым в сплавах, таких, как нержавеющая сталь.
А еще один из прочнейших металлов на Земле используется при создании диетических добавок. Конечно, вы будете принимать внутрь не чистый хром, а его пищевое соединение с другими веществами (например, пиколинат хрома).
3. Иридий
Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.
Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.
2. Осмий
Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.
Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.
1. Вольфрам
Самый прочный металл, который только есть в природе. Этот редкий химический элемент также самый тугоплавкий из металлов (3422 ° C).
Впервые он был обнаружен в форме кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых — Хуана Хосе и Фаусто д’Эльхуяра — к открытию кислоты из минерала вольфрамита, из которого они впоследствии изолировали вольфрам с помощью древесного угля.
Помимо широкого применения в лампах накаливания, способность вольфрама работать в условиях сильной жары делает его одним из наиболее привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны этот металл сыграл важную роль в инициировании экономических и политических отношений между европейскими странами.
Вольфрам также используется для изготовления твердых сплавов, а в аэрокосмической промышленности — для изготовления ракетных сопел.
Таблица предела прочности металлов
| Металл | Обозначение | Предел прочности, МПа |
|---|---|---|
| Свинец | Pb | 18 |
| Олово | Sn | 20 |
| Кадмий | Cd | 62 |
| Алюминий | Al | 80 |
| Бериллий | Be | 140 |
| Магний | Mg | 170 |
| Медь | Cu | 220 |
| Кобальт | Co | 240 |
| Железо | Fe | 250 |
| Ниобий | Nb | 340 |
| Никель | Ni | 400 |
| Титан | Ti | 600 |
| Молибден | Mo | 700 |
| Цирконий | Zr | 950 |
| Вольфрам | W | 1200 |
Сплавы против металлов
Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.
Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.
А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.
Источник https://studbooks.net/570466/kulturologiya/metally_ispolzuemye_hudozhestvennoy_obrabotki_svoystva
Источник https://fb.ru/article/176283/v-kakom-sostoyanii-metallyi-luchshe-poddayutsya-kovke-kakoy-metall-luchshe-ispolzovat-v-kovke
Источник https://basetop.ru/samye-prochnye-metally-v-mire-top-10/