Властивості металів і сплавів діляться на:
1) фізичні; 2) механічні; 3) технологічні; 4) хімічні.
Колір і блиск. Ці дві властивості обумовлюють в основному зовнішній вигляд металу і є надзвичайно суттєвими для художника. Цими властивостями характеризуються художньо-естетичні достоїнства металів як матеріалів, з яких створюються твори мистецтва.
Мал. 1. Лита бронзова пластина з головою ведмедя (скіфський період)
Кожен метал або сплав володіє певним властивим йому кольором. Однак більшість з них має досить одноманітну гаму сірувато-білих, сріблястих тонів, то більш теплих, то холодних. Виняток становлять два металу: золото, має насичений жовтий колір, і мідь, що відрізняється сильним оранжево-червоним кольором. Добавка цих металів в сплави надає їм жовті і червоні відтінки. У табл. 1 наведені кольору найбільш поширених у художній промисловості металів і сплавів.
Часто готові художні вироби, виконані з одних металів, покривають тонким шаром інших, більш ефективних за кольором або блиску металів: наприклад, золочення срібла і бронзи, хромування і нікелювання стали, сріблення міді та латуні і т. П.
Іноді для збагачення кольору застосовують не сам метал, а його оксиди або інші хімічні сполуки. Такий прийом носить назву оксидування або патинування. Цим способом можна отримати дуже різноманітні по силі і яскравості тону і значно розширювати колірну палітру художника-металіста. Оксидування дозволяє отримати різні відтінки жовтих, зелених, синіх, блакитних, фіолетових, червоних, коричневих, чорних кольорів, досить міцних і стійких проти зовнішніх умов.
Густина. За щільністю всі метали поділяються на легкі і важкі. Легкими прийнято називати метали з щільністю до 3, а важкими - з щільністю від 6 і вище.
Плавкість, або температура плавлення. Температури плавлення металів та їх сплавів знаходяться у величезних межах. Наприклад, деякі легкоплавкие сплави (сплав Вуда) плавляться вже при температурі 60 ° С, а найбільш тугоплавкий з металів - вольфрам плавиться тільки при 3380 ° С. Ртуть є прикладом металу, який при кімнатній температурі знаходиться в рідкому стані. Вона плавиться при температурі мінус 39 ° С,
За температур плавлення все метали поділяються на легкоплавкі (температура плавлення не перевищує 700 ° С) і тугоплавкіе- понад 900 ° С.
Легкоплавкие метали йдуть для приготування легкоплавких сплавів і м'яких припоїв.
До тугоплавким металам відносяться: срібло, золото, платина, мідь, нікель, марганець, залізо, хром, вольфрам і ін.
Механічні властивості мають велике значення при конструюванні і виробництві виробів художньої промисловості.
Міцність, або фортеця, - це властивість металів витримувати різні навантаження не руйнуючись. Міцність - одне з важливих властивостей металів. При проектуванні художніх виробів вибір металів і сплавів здійснюється з урахуванням їх міцності.
Для точного визначення і вимірювання міцності з металу або сплаву виготовляють зразок і піддають його випробуванню на спеціальній розривної машині, яка поступово, але зі зростаючою силою розтягує зразок до повного його розриву.
Найбільша напруга, яке може витримати зразок металу не руйнуючись, називається межею міцності для даного металу або тимчасовим опором розриву.
Пружність - властивість металу приймати свою первісну форму після зняття навантаження. При поступовому збільшенні навантаження на зразок під час випробування його на розривної машині він спочатку витягується пружно, як гума або пружина. Якщо навантаження зняти, то зразок знову скоротиться і прийме свою первісну довжину. Найбільша напруга металу, після якого він повертається до своєї первинної довжини, називається межею пружності.
Якщо при подальшому підвищенні навантаження напруга перевищує межу пружності і подовження зберігається після розвантаження зразка, то такий стан називають залишковим подовженням. Потім настає межа плинності, при якому зразок продовжує збільшуватися без збільшення навантаження - в цьому випадку метал «тече». Така здатність до плинності використовується в штамповочном виробництві, особливо при глибокій витяжці.
Найбільшою пружністю володіє хромонікелева загартована сталь. Алюміній і мідь абсолютно не володіють пружністю - навіть при незначному навантаженні вони утворюють залишкове подовження, а не пружне.
Пластичність - властивість металу змінювати свою форму під дією сили, не проявляючи ознак руйнування (тріщин, розривів і т. П.), І зберігати отриману форму після зняття навантаження. Це властивість також визначається і вимірюється на розривної машині.
Пластичність металу характеризується подовженням зразка за час випробування. Для визначення ступеня пластичності користуються наступним прийомом: після розриву зразка складають його частини і вимірюють загальну їх довжину. Відношення приросту довжини до його первісної довжині, виражене у відсотках, є показником пластичності металу і називається відносним подовженням. Це властивість металів має велике значення в давильні та штамповочном виробництві, а також при діфовке, карбуванні, прокатці і волочіння. Високою пластичністю володіють дорогоцінні метали - золото, срібло, платина і їхні сплави; Проте пластичні мідь і свинець. Майже зовсім відсутня ця властивість у чавуну, сурми і деяких інших металів.
Твердість - властивість металів чинити опір проникненню в них друого тіла під дією зовнішнього навантаження. Від цієї властивості залежить можливість обробки металів тим чи іншим інструментом. Наприклад, при обробці різанням на верстатах важливо знати твердість оброблюваного металу, щоб підібрати відповідний різець, свердло або фрезу.
Для визначення твердості існує кілька способів і спеціальних приладів. Найбільш поширені і загальноприйняті наступні.
Спосіб Бринелля. Визначення твердості цим способом полягає в тому, що в досліджуваний метал за допомогою спеціального преса вдавлюється певним навантаженням сталевий загартований кульку. Від тиску кульки на металі утворюється лунка, відбиток. Чим м'якше метал, тим площа лунки більше. Діаметр лунки визначається мірильною лупою, а потім в спеціальній таблиці знаходять число твердості по Бринеллю.
Спосіб Роквелла. Визначення твердості цим способом проводиться теж шляхом вдавлення в метал алмазного призми або сталевої кульки, але відлік ведеться не по площі, а за різницею глибини відбитка між глибиною від стандартної навантаження, що дорівнює 10 кг, і заданої.
Вимірювання виробляють спеціальним приладом - індикатором, і число твердості показує сам прилад.
Спосіб Шора. Вимірювання за цим способом проводиться за допомогою спеціального приладу - склероскопа. При цьому сталевий бойок падає на досліджуваний метал з певної висоти. Твердість металу характеризується висотою, на яку відскакує бойок. Чим твердіше метал, тим більше висота відскоку. Цей спосіб зручний тим, що він не псує поверхні і може застосовуватися до готових виробів художньої промисловості.
Витривалість - властивість металів витримувати не руйнуючись велика кількість повторюваних змінних навантажень.
Всі механічні властивості значно змінюються в залежності від температурних умов. Так, наприклад, міцність всіх металів при нагріванні знижується, а пластичність в більшості випадків збільшується.
Зміна властивостей металів в умовах знижених температур вивчено ще недостатньо. Однак добре відомо, що на холоді у деяких металів різко падає пластичність і вони стають крихкими.
З цієї точки зору все метали діляться на три групи:
- хлад про ламкі - сталь деяких марок, цинк і його сплави;
- нехладоломкіе - мідь, алюміній;
- тендітні - метали, що володіють крихкістю і при нормальних умовах, наприклад сірий чавун.
При виборі металу або сплаву для виробництва художніх виробів крім фізичних і механічних властивостей враховують і технологічні властивості, т. Е. Здатність металів оброблятися різними прийомами і методами без особливих труднощів.
Найбільш істотними є наступні властивості.
Жідкотекучесть- властивість, що забезпечує гарне заповнення форми розплавленим металом. Величина жидкотекучести залежить від атомної ваги, температури плавлення, ступеня поверхневого натягу та інших показників.
Метали і сплави, що володіють високою жидкотекучестью, дозволяють отримувати високохудожні виливки. Вони легко заповнюють дрібні деталі форм і добре передають всі деталі моделі, включаючи і фактуру поверхні. Доброю жидкотекучестью мають такі метали та сплави: цинк і його сплави, чавун, бронза, олово, силумін (сплав алюмінію з кремнієм), а також деякі магнієві сплави і ливарні латуні.
Існує поняття, протилежне жидкотекучести, - густоплавкость. Метали і сплави, що володіють густоплавкостью, навіть при високому нагріванні залишаються густими і при заливці форм погано їх заповнюють. До густоплавкім відносяться чисте срібло, червона мідь, сталь.
Ливарна усадка - зменшення обсягу при переході з рідкого стану в твердий. При охолодженні металу виливок скорочується і як би відходить від стінок форми. Виливок завжди менше моделі, по якій зроблено форма. Величина усадки буває різною. Метали і сплави з великою усадкою менше застосовні для лиття.
Знаючи величину ливарної усадки, можна визначити, наскільки більше слід виготовити форму, щоб отримати виливок потрібного розміру.
Гнучкість - властивість металу змінювати свою форму під дією ударів або тиску не руйнуючись. Ступінь ковкості залежить від багатьох параметрів. Найбільш істотними з них є наступні: пластичність, ступінь нагріву, величина деформуючого зусилля, наявність домішок і ін.
Метали можуть куватися як в холодному стані, наприклад червона мідь, золото, так і в гарячому, наприклад сталь. Це властивість широко використовується при виготовленні художніх кованих виробів з маловуглецевої сталі (раніше званої кувальним залізом). Малоуглеродистая сталь, розпечена до червоного, стає настільки пластичної і м'якою, що з неї можна виготовляти художні вироби найрізноманітнішої складної форми.
Зварюваність - здатність металу міцно з'єднуватися шляхом місцевого нагрівання і розплавлення зварювальних кромок вироби. Чисті метали зварюються легше, а сплави важче. Легко зварюються вироби з маловуглецевої сталі. Чим вище відсоток вмісту вуглецю в стали, тим свариваемость її гірше. Найбільш скрутній вважається зварювання високовуглецевих легованих сталей і особливо чавуну.
Спікливість - властивість, в результаті якого утворюється металокераміка. При цьому метали, попередньо подрібнені в порошок, змішуються, запресовуються в спеціальні форми і піддаються дії високої температури і тиску до спікання. Різні метали спікається неоднаково - одні краще, інші гірше. Способом спікання зараз виробляють особливо тверді стійкі сплави, наприклад переможе, який застосовується при виготовленні ріжучих інструментів.
Різанням на різних верстатах (токарному, фрезерному і ін.), А також здатність шліфуватися і полірувати-ся - це властивості, які відіграють істотну роль у виробництві художніх виробів і особливо в обробці (полировании). Добре ріжуться бронзи, латуні і деякі марки сталей, алюмінію і чавуну. Особливо погано обробляються на верстатах деталі з червоної міді і зі свинцю і його сплавів.
З хімічних властивостей металів практично найбільш важливими у виробництві виробів художньої промисловості є розчинення і окислювання.
Розчинення, або роз'їдання, - це здатність металів і сплавів розчинятися в сильних кислотах і їдких лугах. Найбільш часто у виробництві вживаються сірчана, азотна і соляна кислоти, а також суміш азотної і соляної кислот, звана «царської горілкою», а з лугів - їдкий натр і їдке калі.
Властивість металів розчинятися має дуже широке застосування в самих різних областях виробництва художніх виробів з металу. При цьому слід розрізняти випадки, коли розчинення носить частковий характер і обмежується тільки поверхневим шаром металу, а також випадки повного розчинення металу і переходу його в розчин.
Прикладами часткового розчинення з поверхні є:
а) травлення виробів в кислотах для отримання чистої поверхні або візерунка (рис. 2);
б) травлення мідних дощок при виготовленні офорта і т. п.
Прикладами повного розчинення металу є:
а) розчинення цинку в соляній кислоті для приготування хлористого цинку, що вживається в якості флюсу при пайку;
б) розчинення срібла в азотній кислоті при приготуванні азотнокислого срібла і т. п.
Окислення - здатність металів з'єднуватися з киснем і утворювати оксиди металів. При окисленні вага металу збільшується на вагу кисню, який з ним з'єднується. Зазвичай майже всі метали і сплави покриті з поверхні тонкої оксидної (або окисної) плівкою, що представляє собою найтонший шар, що складається з оксидів.
Швидкість утворення такої плівки на поверхні виробу з різних металів неоднакова. Наприклад, магній і алюміній окислюються особливо швидко, бронза і латунь значно повільніше, а вироби з золота і платини зовсім окислюються.
Особливо швидко окислення відбувається при нагріванні до високих температур. У цьому випадку на поверхні металу швидко утворює-'Я більш товстий шар, що складається з оксидів, який називається окалиною. Чим вище нагрів і більше доступ повітря до нагрівається виробу, тим товщі шар утворюється окалини. Якщо метал нагрівати в умовах надлишку повітря або кисню, то весь метал може перетворитися в окалину.
Мал. 2. Вази з алюмінію, оброблені травленням Художник Л. Лінакс
В одних випадках здатність металів до окислення і утворення на їх поверхні оксидної плівки є бажаним, так як така плівка оберігає виріб від подальшого окислення металу в глибину і носить назву захисної плівки. Такі окисні плівки на виробах з алюмінієвих сплавів.
В інших випадках утворення оксидів на поверхні металів є небажаним, наприклад труднощі пайки і зварювання алюмінієвих виробів обумовлені швидким утворенням дуже міцної оксидної плівки, яка перешкоджає зіткненню припою з чистою поверхнею металу. Дуже небажано і утворення окалини на сталевих виробах в процесі їх гарту, яка з'являється навіть при вмісті кисню в атмосфері, що не перевищує 0,2%.
Читати далі:
Статті по темі: