www.srebrnykruk.pl

strzalka

Właściwości metali i ich stopów


Najważniejszymi cechami odróżniającymi metale od niemetali są te wymienione poniżej.

Metale możemy podzielić z uwagi na ich gęstość na;

Ze względu na temperaturę topnienia metale dzieli się na;

Właściwości metali i stopów dzielimy na fizyczne, mechaniczne, technologiczne oraz chemiczne.

1.3.1. Własności fizyczne

1.3.2. Własności mechaniczne

1.3.3. Własności technologiczne

1.3.4. Własności chemiczne


1.3.1. Własności fizyczne


Tabela nr 1-1
Tabela nr 1-1. Barwy wybranych metali mi ich stopów.

Do podstawowych własności fizycznych można zaliczyć barwępołysk , które decydują o estetycznej wartości metalu. Barwy metali z wyłączeniem miedzi oraz złota zazwyczaj przybierają kolor srebrzystobiały do srebrzystoszarego i mają one metaliczny połysk. w tabeli nr 1-1 podano barwy metali a także stopów najczęściej spotykanych w wyrobach artystycznych.

tabela nr 1-2
Tabela nr 1-2. Gęstość wybranych metali.

Dla zwiększenia efektywności barwy oraz połysku, gotowe przedmioty dekoracyjne często pokrywa się cienką warstwą innych metali. Przykładowo srebro lub brąz poddaje się złoceniu a miedź i mosiądz srebrzeniu. Stosuje się również pokrywanie powierzchni metalu tlenkami lub innymi związkami chemicznymi, co jest nazywane oksydowaniem lub patynowaniem. i tak np. oksydowanie umożliwia uzyskanie odcieni barw żółtych, zielonych, ciemnoniebieskich, fioletowych, czerwonych, brązowych a także czarnych. Są one bardzo trwałe i odporne na czynniki zewnętrzne.

tabela nr 1-3
Tabela nr 1-3. Temperatura
topnienia wybranych metali.

Masa właściwa czyli gęstość metalu jest określana jako stosunek jego masy do objętości i wyrażamy ją w g/cm3 lub kg/cm3. Pod względem gęstości metale dzielimy na lekkie do 4,5 g/cm3 oraz ciężkie powyżej tej wartości. w tabeli nr 1-2 podano przykładowe gęstości metali.

Temperatura topnienia określa moment (punkt topnienia) przechodzenia metalu ze stanu stałego w stan płynny. Każdy taki punkt równa się punktowi krzepnięcia występującemu w czasie stygnięcia (krzepnięcia) metalu. Wszystkie metale mają stały punkt topnienia ustalany przy określonym ciśnieniu zewnętrznym. Stopy mają inną temperaturę topnienia od składników stopowych.

Metale jak już wcześniej wspomniano można podzielić na łatwo topliwe o temperaturze topnienia do 650 oC a te o temperaturze topnienia powyżej na trudnotopliwe i bardzo trudnotopliwe1-6. w tabeli nr 1-3 podano wybrane wartości temperatury topnienia.

Inne własności cieplne metali to; temperatura wrzenia1-7, ciepło właściwe1-8 oraz ciepło topnienia1-9. Wzrost temperatury metali uwidacznia zjawisko rozszerzania cieplnego metali o parametr różny dla każdego z nich nazywany współczynnikiem rozszerzalności cieplnej1-10.

Metale są dobrymi przewodnikami ciepła1-11 oraz elektryczności1-12. Do najlepiej przewodzących ciepło a także prąd elektryczny zalicza się w kolejności; srebro, miedź, złoto i aluminium.

Dodatkową cechą fizyczną, łączącą metale jest ich zdolność do wydawania dźwięku przy uderzeniu.


1.3.2. Własności mechaniczne


Wytrzymałość (spoistość) jest jedną z najważniejszych cech metali. Właściwość ta decyduje o odporności na różnego rodzaju obciążenia takie jak rozciąganie, skręcanie, zginanie, rozerwanie i inne, które nie powodują uszkodzeń struktury metalu. Do badania wytrzymałości metali przeprowadza się próby rozciągliwości, ściskania, ścinania, zginania ora skręcania. Rozciągliwość sprawdza się poprze umieszczenie próbki materiału w specjalnym urządzeniu, które stopniowo zwiększa siłę oddziaływania na próbkę aż do jej rozerwania1-13.

Sprężystość to właściwość metalu do przyjmowania pierwotnej formy po ustąpieniu obciążenia. Stopniowo zwiększając obciążenie jak np. podczas próby rozciągania, próbka materiału ulega początkowo odkształceniu sprężystemu (rozciągnięciu) a po zaniechaniu przykładania siły próbka skraca się i powraca do pierwotnej długości1-14. Jeśli próbka pozostanie rozciągnięta to stan taki nazywamy wydłużeniem trwałym. Dalsze zwiększanie obciążenia powoduje pojawienie się zjawiska samoistnego (bez zwiększania obciążenia) wydłużania próbki. Skłonność taka to „płynność”, umożliwia ona obróbkę plastyczną a szczególnie głębokie tłoczenie. i tak np. aluminium i miedź nie wykazują sprężystości.

Plastyczność jest to stopień zdolności do zmian kształtu metalu pod wpływem działania sił, bez pojawiania się oznak zniszczenia takich jak pęknięcia, rozerwania itp. Cechę tą bada się podczas próby rozciągania i określa się ją wielkością wydłużenia próbki. Wysoką plastycznością charakteryzują się metale szlachetne; złoto, srebro, platyna oraz ich stopy a także miedź i cyna.

Twardość jest to właściwość metalu do przeciwstawiania się odkształceniom plastycznym pod wpływem zewnętrznego nacisku wywieranego na powierzchnie materiału ciałem twardszym od niego. Badanie twardości metalu można przeprowadzić za pomocą wielu metod i narzędzi do najbardziej rozpowszechnionych możemy zaliczyć te niżej wymienione.

Wytrzymałość zmęczeniowa decyduje o odporności metalu na dużą ilość powtarzających się zmiennych obciążeń.

Mechaniczne własności metali ulegają znacznym zmianą w zależności od temperatury i tak np. przy jej wzroście w większości przypadków plastyczność wzrasta a wytrzymałość maleje. Natomiast przy obniżonej temperaturze zaobserwowano spadek plastyczności większości metali.


1.3.3. Własności technologiczne


Własności technologiczne decydują o możliwości stosunkowo łatwego obrabiania metali różnymi sposobami i metodami. Dlatego dość istotnymi mogą być cechy opisane poniżej.

Lejność zapewnia dobre wypełnienie formy płynnym metalem i zależna jest m.in. od ciężaru atomowego, temperatury topnienia czy też napięcia powierzchniowego. Dobrą lejnością charakteryzują się np. cyna, brąz, silumin (stop aluminium z krzemem) i mosiądze odlewnicze. Przeciwieństwem lejności jest gęstopłynność. Cechą tą wyróżniają się m.in. srebro oraz czysta miedź.

Skurcz odlewniczy jest zmniejszeniem objętości metalu podczas krzepnięcia (przechodzenia ze stanu płynnego w stały) oraz stygnięciu metalu w stanie stałym. Należy, zatem zawsze pamiętać, iż odlew jest zawsze mniejszy od modelu, z którego wykonano formę.

Kowalność pozwala na zmianę kształtu pod wpływem uderzeń i nacisku bez uszkodzeń metalu. Cecha ta jest uzależniona od np. plastyczności, temperatury, domieszek itp.

Spawalność jest to łatwość do trwałych połączeń miejscowo podgrzanych i roztopionych krawędzi metalu.

Skrawalność, czyli zdolność do kształtowania metalu metodą szlifowania i polerowania. Skrawaniu dobrze poddaje się np. mosiądz i brązy a szczególnie trudno np. czysta miedź ołów i jego stopy.

Spiekalność umożliwia uzyskiwanie stopów o dużej twardości i wytrzymałości poprzez spieki metali bądź metali z niemetalami.


1.3.4. Własności chemiczne


Metale charakteryzują się dużą aktywnością chemiczną objawiającą się reakcjami z kwasami, ługami, solami itp. w wyniku, których tworzą różnorodne związki chemiczne. Metale szlachetne nie ulegają utlenieniu i są kwasoodporne, dlatego ich wypolerowane powierzchnie zachowują się bez zmian.

Rozpuszczalność jest to skłonność metali do rozpuszczania się w kwasach i ługach. Cechę tą wykorzystuje w artystycznej obróbce metali do np. trawienia przedmiotów w celu otrzymania gładkiej powierzchni.

Utlenianie łączenie się metalu z tlenem i tworzenie tlenków metali. Łatwość wielu metali wchodzenia w reakcję z tlenem skutkuje ich utlenianiem (korozją). w niektórych przypadkach ściśle przylegająca warstwa tlenków chroni metal przed jego dalszym utlenianiem1-15 tworząc warstwę ochronną.



1-5Już 10 % dodatek palladu lub niklu powoduje zupełne odbarwienie złota. Cechę tą wykorzystuje się do sporządzania stopów złota białego, imitujących platynę.

1-6 Metale łatwo topliwe takie jak cyna, ołów, cynk, aluminium i ich stopy są używane do wykonywania lutów.

1-7Temperatura wrzenia to w uproszczeniu temperatura, przy której następuje parowanie w całej objętości płynnego metalu.

1-8Ciepło właściwe, czyli ilość ciepła w kaloriach niezbędna do ogrzania 1 g metalu o 1 oC.

1-9Ciepło topnienia to ilość ciepła wyrażon a w kaloriach, niezbędna do doprowadzenia 1 g metalu ze stanu stałego w stan ciekły, ogrzanego do temperatury topnienia przy stałej temperaturze i ciśnieniu.

1-10 Współczynnik rozszerzalności cieplnej określa przyrost długości danego ciała przy wzroście temperatury o 1 oC.

1-11Przewodność cieplna mierzona ilością ciepła w kaloriach, jest to ilość ciepła przepływającą w czasie 1 sekundy na długości 1 cm, przez przekrój 1 cm 2, gdy różnica temperatur mierzona prostopadle do przekroju wynosi 1 oC.

1-12Przewodność elektryczna określa się długością przewodnika o przekroju 1 mm2, dającego opór elektryczny równy 1 Ω.

1-13Największe naprężenie, które wytrzymuje próbka nie rozrywając się nazywamy granicą wytrzymałości lub wytrzymałością na rozciąganie.

1-14Największe naprężenie metalu po usunięciu, którego odzyskuje on swoją pierwotna formę nazywamy granicą sprężystości.

1-15Ściśle przylegającą ochronna warstwą tlenków w przypadku miedzi jest tlenek miedziawy – Cu2O, a w przypadku aluminium tlenek glinowy – AL2O3.