Самый не пластичный металл в таблице менделеева. Механические свойства металлов

Золото — это самый популярный металл в истории, в культуре, в экономике. За обладание им проливались реки крови, вспыхивали семейные раздоры и даже велись войны. Его значение для всей человеческой цивилизации основано на его уникальных химических и физических свойствах, на особенностях внутреннего строения.

Золото – это самый пластичный металл. Данное качество делает его востребованным всюду: от ювелирного дела до микроэлектроники.

Самый прочный металлический сплав в мире

Платина + золото — самый твердый в мире сплав металлов
И сразу к сути научного достижения — ученые из Сандийской национальной лаборатории США разработали новый металлический сплав и назвали его самым прочным сплавом, когда-либо созданным учеными в лабораториях по всему миру. Недавно разработанный материал, изготовленный из комбинации платины и золота, по оценкам, в 100 раз прочнее высокопрочной стали, что делает его первым металлическим сплавом в том же классе, что и алмазные поверхности.

Самый «металлический» металл

В золоте сконцентрированы все самые явные свойства, которые ученые называют металлическими. По электропроводимости оно уступает только серебру, меди и чистому палладию. По теплопроводности — тому же серебру, меди и кобальту. По способности поглощать тепловую энергию золото уступает только экзотическому висмуту, опережая ртуть и серебро. По другим «металлическим» свойствам — ковкости и отражению света — оно является чемпионом. Золото — это самый пластичный металл в мире, а блеск его – понятие легендарное.

Молекулярное строение золота тоже очень «металлическое». Оно представляет собой геометрически правильную кристаллическую решетку с положительными ионами в узлах и плотное по кон газа между ними. Эту часть атома составляют свободные электроны, расположенные на внешнем энергетическом уровне. Они создают силу притяжения между узлами решетки, что и обеспечивает способность металла деформироваться без нарушения общей целостности. Так устроен самый пластичный металл.

Как производят металлы?

Металлы добываются из руд. Для определения их вкладов используются различные сложные методы и системы расчетов. Производство металлов осуществляется в несколько этапов:

1. Разработка рудного месторождения. Он может быть открытым или закрытым. Иногда методы добычи комбинируются. Метод открытого разреза менее опасен.
2. Очистка руды. Этот процесс осуществляется для извлечения полезных компонентов (рудного концентрата), которые будут использоваться в дальнейшем производстве.
3. Добыча металла. Осуществляется с использованием электролитических или химических методов восстановления.
4. Выплавка металлов. Это достигается в технологических печах, где сырье нагревается до повышенной температуры. Кроме того, используется восстановитель.

Разработка рудного месторождения (Фото: Instagram / polyus_official)

Характеристика металлов

Металлы — это группа из более чем 90 простых веществ из периодической таблицы Менделеева. Они редко встречаются в природе в чистом виде, поэтому чаще всего их добывают из руд. Это название, данное типу минерала, который представляет собой комбинацию нескольких химических компонентов, таких как минералы и те же металлы. Металлы характеризуются несколькими свойствами, которые используются для их классификации по группам:

• Твердость — сопротивление проникновению в материал другого, более твердого тела;
• твердость — сопротивление разрушению при воздействии внешней нагрузки;
• упругость — изменение формы материала под действием внешних сил и его восстановление после прекращения действия этих сил;
• пластичность — изменение формы материала под влиянием внешнего воздействия и ее восстановление после устранения этого воздействия
• Стойкость к истиранию — сохранение внешнего вида и физических свойств материала после сильного трения
• Вязкость — способность материала растягиваться под воздействием внешних сил;
• Усталость — способность материала выдерживать повторяющиеся нагрузки;
• Термостойкость — устойчивость к окислительным процессам при нагревании до высоких температур.

Недавно ученые создали улучшенный алюминиевый сплав 6063, который уничтожает бактерии. Считается, что его можно использовать для изготовления дверных ручек в больницах и других общественных местах.

Ковка металла

Обработка металлической детали с изменением формы и размера называют ковкой металла. В результате ковки металл деформируется и изменяет свои параметры. Различают горячую и холодную ковку. Может выполняться и своими руками.
При горячей ковке металл разогревают до так называемой ковочной температуры, у разных материалов она разная, для стали она равняется 800 — 1200 ºC, для медных сплавов — 650 – 1000 ºC, для титана и его сплавов -900-1600 ºC, алюминий деформируют при температуре — 400-480 ºC.

Широко используется и холодная ковка, то есть обработка металла без предварительного нагрева.

Следует отметить, что широкое применение прокатного и штамповочного оборудования и использование средств компьютерного оборудования вытеснило ковку из тяжелой индустрии. Но и, тем не менее, ковку применяют для создания ограждений, предметов украшений, замков, ножей, оружия.

Сейчас популярен холодный способ ковки. Его использование, позволяет получить экономию на содержании производственных площадей, при широком внедрении технологии холодной обработки металла отпадает необходимость в эксплуатации энерго затратного оборудования, например, горна.

Ранее горячая ковка была основной для изготовления кованых деталей и изделий.

Детали и изделия получаемые ковкой называют поковка

Горячая ковка

Металл нагревают в печи до температуры при которой он теряет свою прочность и становится пластичным. Далее металлическую заготовку можно обрабатывать, применяя удары и другие способы.

Но нагрев металла имеет недостатками:

1. Мастерская должна быть оборудована кузнечным горном, или муфельной печью. Это требует расходы на монтаж, обслуживание оборудования и покупку топлива.
2. Необходимо принять меры по безопасности, ведь ковка металла предполагает наличие открытого огня.
3. Специалист должен иметь определенные знания и навыков в части горячей обработке металла.

Холодная ковка

Большую часть операций холодной ковки выполняют на специализированном оборудовании/

Существует перечень оборудования, применяемого для обработки металла без предварительного нагрева. Инструменты этого класса, показывает свою экономическую эффективность при выполнении больших объемов, например, при совершении архитектурного оформления здания.

Среди оборудования, которое применяется для холодной ковки, применяют следующее:

• Торсионное, предназначенное для кручения прутка вдоль продольной оси.
• Волновое, его используют для изготовления волнообразных деталей.

Всего, технологический парк инструментов для холодной ковки включает в себя несколько десятков единиц станков. Это такие инструменты, как: гнутик, фонарик, улитка, волна, твистер, станок для колец

Одни работают под действием мускульной силы оператора, или от установленного силового агрегата, например, электрического двигателя. Есть мастера, которые сами изготавливают оборудование для обработки металла.

Способы ковки

1. Ручная;
2. Штамповка;
3. Ковка на молотах.

Ковку осуществляют с использованием ручных или механизированных инструментов. Это может быть или кувалда, или пресс, работающий от разного вида приводов, например, пневматического.

Эта операция позволяет получать детали, имеющие различные габариты, вес и формы.

Применение ковки повышает механические параметры стали, улучшает его внутреннюю структуру. Именно поэтому, особо ответственные детали обрабатывают методом ковки. Например, шатуны, устанавливаемые на двигателях внутреннего сгорания.

Ковку разделяют на две большие группы – ручную и машинную. Для первой применяют ручной ударный инструмент или специально изготовленное кузнечно-прессовое оборудование. Для машинной обработки применяют прессы и молоты. Тяжелые и габаритные детали обрабатывают на прессах, более мелкие детали обрабатывают на механических молотах.

Ручная ковка должна осуществляться только в специально оборудованной мастерской. Кроме нагревательного горна, мастерская должна быть оснащена системой вентиляции и наковальней.

Она представляет собой значительный кусок металла, на которой могут быть смонтированы технологические приспособления, например, рог или матрица, для получения калиброванных деталей.

Для производства наковальни применяют сталь 45Л.

С помощью наковальни ковку заготовок выполняют своими руками и придают им нужные формы и размеры. Наличие плоской поверхности на наковальне позволяет обрабатывать плоские детали.

Обработку металла при помощи ударов разделяют на свободную ковку и обработку в штампах.

Суть свободной ковки заключается в заключение заготовки между молотом (прессом) и основанием. Получение требуемой формы и размеров осуществляет оператор станка, используя для этого вспомогательного инструмента.

Во время штамповки металл получает форму и размеры в пределах инструмента, применяемого для обработки. Для выпуска детали, требуется новый штамп. Штамповка – это промежуточная технологическая операция, после которой полученные полуфабрикаты отправлены на дополнительную обработку, например сварку или сверление.

Оборудование для ковки

В промышленности широко используют кузнечно-прессовые станки. Его разделяют по признакам:

1. По температуре обрабатываемой заготовки. Для такой технологической операции использую ковочные машины, которые могут обрабатывать как холодные, так и разогретые заготовки. Машины этого класса используют для обработки плоских и объемных деталей.
2. По операциям, которые можно выполнять на этом оборудовании, то есть для заготовительных, основных и финишных операций.
3. По способу подачи или удаления готовой продукции из рабочей зоны станка, в практической работе стараются использовать устройства для автоматической подачи и удаления заготовок и отходов.
4. По типу привода, работает от приводов разного тип – электричества, сжатого воздуха, гидравлики.
5. По главной характеристике – номинальному усилию, которое оказывает пресс в рабочий момент.

Инструменты для горячей ковки

Горн, наковальня, кувалда и ручник, клещи, фасонные молотки, шпераки.

Индукционные нагреватели

Перед тем как направить заготовку, на обработку с помощью горячей ковки необходимо обеспечить ее нагрев до определенной температуры. Эту задачу решают с использованием нагревательных устройств.

Как уже упоминалось, для нагрева применяют горн, муфельную печь, но существует еще один тип – индукционные нагреватели.

Через эти устройства проходят детали, которые будут направлены на штамповочно – ковочные операции.

Преимущества нагрева в индукционной печи:

• уменьшение затрат на электрическую энергию и это особенно важно во время постоянного рост тарифов.
• рост производительности работы, так, как нагревание заготовок таким способом позволяет сократить время необходимое для нагрева детали.
• позволяет не только точно позиционировать заготовку в печи, но и оптимально расположить ее для более эффективного нагрева.
• на поверхности заготовки не остается окалины и это положительно сказывается на использовании штамповочно-кузнечного инструмента. Это позволяет освободить производственные площади.

Художественная ковка

Применяют для производства малогабаритных и изящных предметов. Художественная отличается от традиционной тем, что это не только способ обработки металла, а своего рода искусство. Довольно часто детали, полученные с использованием художественной ковки, применяют при декорировании помещений.

Мастера, которые занимаются художественной ковкой, способны получать разнообразные изделия, которые могут быть вписаны в любой интерьер. Надо отметить, что спрос на такие вещи постоянно растет и это интересное место для развития бизнеса.

Таблица предела прочности металлов

Рейтинг самых крепких элементов в мире

Существует большое количество известных металлов и сплавов. Среди самых сильных — 10 элементов.

Тантал

Металл под названием тантал, который был открыт в 1802 году, занимает третье место в нашем списке. Он был открыт шведским химиком А. Г. Экебергом. Долгое время считалось, что тантал идентичен ниобию. Однако немецкому химику Генриху Розе удалось доказать, что это два разных элемента. Ученый Вернер Болтон из Германии смог выделить чистый тантал в 1922 году. Это очень редкий металл. Крупнейшие месторождения танталовой руды были обнаружены в Западной Австралии.

Благодаря своим уникальным свойствам тантал является очень востребованным металлом. Он находит разнообразное применение:

• В медицине тантал используется в производстве проволоки и других компонентов, которые могут связывать ткани и даже выступать в качестве заменителя кости;
• Сплавы, содержащие тантал, устойчивы к агрессивным средам и поэтому используются в аэрокосмической и электронной промышленности;
• Тантал также используется для получения энергии в ядерных реакторах;
• Он также широко используется в химической промышленности.

Титан

Последнее место в десятке самых твердых металлов занимает титан. Первая чистая форма этого элемента была получена химиком Й. Й. Берцелиусом из Швеции в 1825 году. Титан — это легкий, серебристо-белый титановый металл, очень твердый и устойчивый к коррозии и механическим нагрузкам. Титановые сплавы используются во многих отраслях машиностроения, медицины и химической промышленности.

Иридий

Иридий находится в верхней части списка самых твердых металлов. Он был открыт в начале XIX века английским химиком Смитсоном Теннантом. Иридий обладает следующими физическими свойствами:

• Имеет серебристо-белый цвет;
• Температура его плавления составляет 2466 oC;
• Температура его кипения составляет 4 428 °C;
• Его удельное сопротивление составляет 5,3-10-8 Ом-м.

Поскольку иридий — самый твердый металл на планете, с ним трудно работать. Тем не менее, он по-прежнему используется в различных промышленных приложениях. Например, из него делают маленькие шарики, которые используются в ручках. Иридий также используется в производстве компонентов для космических ракет и некоторых деталей для автомобилей.

В природе встречается очень мало иридия. Находки этого металла являются своего рода доказательством того, что метеориты упали там, где он был найден. Эти космические тела содержат значительное количество этого металла. Ученые считают, что наша планета также богата иридием, но его месторождения находятся ближе к ядру Земли.

Вольфрам

Самый твердый металл, встречающийся в природе. Этот редкий химический элемент также является самым тугоплавким из металлов (3422 °C).

Впервые он был обнаружен в виде кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых, Хуана Хосе и Фаусто д’Эльхухара, к открытию кислоты из минерала тунграмита, из которого затем с помощью древесного угля был выделен вольфрам.

Помимо широкого использования в лампах накаливания, способность вольфрама работать в экстремальных тепловых условиях делает его одним из самых привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны металл сыграл важную роль в налаживании экономических и политических отношений между европейскими странами.

Вольфрам также используется для получения твердых сплавов и в аэрокосмической промышленности для производства ракетных сопел.

Бериллий

Теперь эту металлическую красоту лучше не защищать. Потому что бериллий очень токсичен, а также канцерогенен и вызывает аллергию. Если вы вдыхаете воздух, содержащий бериллиевую пыль или пары бериллия, у вас может развиться бериллиоз — заболевание, поражающее легкие.

Однако бериллий не только вреден, но и полезен. Например, добавьте в сталь всего 0,5% бериллия, и вы получите пружины, которые будут упругими, даже если довести их до красного каления. Они могут выдерживать миллиарды циклов нагрузки.

Бериллий используется в аэрокосмической промышленности для создания теплозащитных экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. Даже вакуумная трубка Большого адронного коллайдера сделана из бериллия.

Уран

Это радиоактивное вещество естественного происхождения очень широко распространено в земной коре, но концентрируется в определенных твердых горных породах.

Один из самых твердых металлов в мире, он имеет два важных коммерческих применения — ядерное оружие и ядерные реакторы. Поэтому конечными продуктами урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.

Рений

Рений — очень редкий и дорогой металл, который, хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно добавляется в молибденит.

Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдерживать температуру 2000°C без потери прочности. Что будет с Железным человеком внутри костюма после такого «огненного шоу» — умалчивается.

Металл используется в нефтехимической и химической промышленности. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также в авиационных и ракетных двигателях.

Осмий

Серебристый, голубоватый металл светлого цвета. Он относится к платиновой группе и считается одним из самых плотных элементов. Он характеризуется твердостью. Os — хрупкий металл, но он устойчив к механическим воздействиям и кислотоустойчив.
Ученые зафиксировали присутствие осмия в металлических метеоритах. Образуя идеальный состав с другими элементами, он широко применяется в медицине, электронике, химии и нефтехимии, ракетостроении, широко используется в производстве ручек.

Хром

Хром — это металл сине-белого цвета. Он обладает высокой прочностью и твердостью, а также сильными магнитными свойствами. Он не становится хрупким и устойчив к воздействию кислот и щелочей.

Он используется в производстве различных сплавов, которые применяются в медицинском оборудовании. Cr также используется в синтезе искусственных рубинов, а соли четырехвалентного хрома применяются для консервации древесины и дубления кожи.

Рутений

Название второго по силе металла на древнем языке рутений означает Россия. Этот металл имеет серебристый цвет, относится к группе платины и содержится в мышечных тканях всех живых существ на земле.

Это высокопрочный, твердый, тугоплавкий металл, устойчивый к воздействию химических веществ и способный образовывать сложные соединения. Рутений используется в аэрокосмической, медицинской и электронной промышленности, а также в качестве добавки для придания золоту черного цвета.

Графен

Молекулярная решетка графена. Первый пункт в нашем списке — материал, который широко используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Когда безопасность стоит на первом месте, а запуск ракет в космос кажется очень опасным, использование графена просто необходимо. Он в 200 раз прочнее стали. Графен состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде треугольной решетки.

Железо и сталь

Как чистое вещество, железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Однако из-за минимальных затрат на его добычу он часто используется в сочетании с другими элементами для производства стали.

Сталь — это очень твердый сплав, изготовленный 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, вы все равно используете сталь каждый раз, когда режете еду ножом (если, конечно, он не керамический).

Искусственный металл

В 2015 году калифорнийские ученые создали микролаты. В настоящее время это самый легкий металл на Земле, состоящий на 99,99% из воздуха. Однако благодаря особой конструкции элемент обладает высокой прочностью. Он представляет собой переплетение трубок, каждая из которых имеет размер 0,001 человеческого волоса. Удивительные свойства микроволокна только начинают в полной мере использоваться в промышленности.

Углеродное волокно

Черный композит из углеродного волокна. Характеристики углеродного волокна, которые делают его отличным выбором для военных машин, ракет и деталей спортивных автомобилей, — это высокая жесткость и очень низкий вес. Углеродное волокно также может выдерживать очень высокие температуры и обладает высокой устойчивостью к воздействию различных абразивных химических веществ. По сути, углеродное волокно — это сверхплотные, выровненные атомы углерода, диаметр которых составляет от 5 до 10 микрометров.

Виды чугунов

Марка чугуна определяется содержанием углерода (более 2,14%) и других компонентов. В зависимости от состава материал разделяется на несколько видов.

1. Белый. Углерод в сплаве содержится в цементите. Металл этой марки обладает хорошими износостойкостью и твердостью. В то же время материал плохо обрабатывается на металлорежущих станках. Чугун разделяется на доэвтектический, эвтектический и заэвтектический. Наибольше углерода у последнего — до 6,67%.
2. Серый. Отливки из него производятся с помощью форм, созданных литьем из стали. Такой чугун используется в основном в машиностроении. Сплав не переносит ударов, поэтому из него изготавливаются изделия, на которые не оказываются механические воздействия. Среди них подшипниковые чашки и колесные клиноременные передачи.
3. Ковкий. Металл, в котором углерод находится в форме хлопьев, производится из белого чугуна. Для получения заготовок сырье нагревается и выдерживается при заданной температуре в течение требуемого времени. Этот процесс именуется томлением.
4. Высокопрочный. Углерод в структуре этого металла находится в шаровидном состоянии. Чтобы получить нужную форму в сырьё при производстве вводится магний. Благодаря высокой прочности чугун по характеристикам напоминает углеродистую сталь. Из материала создаются коленвалы, поршни, элементы тормозной системы.

Важно: Включения в разных чугунах могут иметь вид пластин, шаров и хлопьев. В составе ковкого чугуна находятся хлопья.

Особенности производства ковкого чугуна

Для создания ковкого чугуна нужны белые отливки. Углерод в их структуре связан с “Fe” — находится в составе цементита, называемого еще карбидом железа. Когда заготовки отжигаются при температуре 950-970 °C, из аустенита и цементита высвобождается графит. Аустенит — железо с гранецентрированной решеткой. В результате графит кристаллизируется до образования хлопьев. Последние окончательно формируются в чугуне при температуре от 720 до 760 °C.

Термический отжиг проходит 2-этапно. Вначале заготовки подогреваются до t 950-1000 °C и выдерживаются в таком состоянии до завершения распада связи аустенита и цементита. В результате первый остается, а второй замещается графитом. Затем заготовки понемногу охлаждаются до температуры от 720 до 760 °C, после чего аустенит выделяет вторичный цементит, который входит в структуру перлита. Последующее охлаждение приводит до распада перлита на 2 компонента — графит и феррит.

Разновидности ковкого чугуна

Чугун отливается по разным технологиям отжига. В зависимости от них разделение ведется на три категории.

1. Перлитный. Включает в себя перлит и графит в виде хлопьев.
2. Ферритный. В состав входят феррит и графит такого же вида.
3. Ферритно-перлитный. Состоит из феррита, перлита и графитовых хлопьев.

Пудлинговый чугун мягкий при нагревании и очень устойчивый к коррозии. Подходит для художественной ковки горячим методом. Древесноугольный чугун после обжига становится также очень мягким и податливым. Даже при холодной ковке на нем не образуются трещины. Подходит для создания металлических декоративных изделий.

Свойства ковких чугунов

На свойства и теххарактеристики ковкого чугуна влияет количество в составе углерода. Последний находится обычно в виде графита и кремния. Для характеристик перлитового металла для ковки также важно количество марганца и хрома. Структура напрямую отображается на свойствах, к примеру, у перлитного отливка выше твердость и ниже пластичность, чем у ферритного аналога. Графитные включения в состоянии хлопьев придают изделиям хорошую пластичность при значительной прочности, поэтому называются «ковкие».

У ковких заготовок, отличающихся стабильностью свойств по всей толщине, нет внутренних напряжений. Их механические и физические параметры находятся между соответствующими показателями серого чугуна и стали.

Свойства ковких чугунов:

• хорошие износостойкость и текучесть;
• высокие плотность и прочность: заготовка толщиной 0,8 см выдерживает давление 40 атм при гидроиспытаниях;
• способность поглощать вибрации при циклических нагрузках;
• устойчивость к коррозии.

Обладая такими свойствами отливки применяются для создания разных изделий для водо- и газопроводных систем. Однако, при динамических нагрузках и минимальных температурах металл может обрести хрупкость.

Маркировка изделий

Расшифровка маркировки на примере марки чугуна КЧ 30-6:

• КЧ — ковкий чугун;
• 30 — предел прочности 294 Н/мм2, поделенный на 10;
• 6 — относительное удлинение в процентах.

Важно: По ГОСТу 1215-79 существует 11 марок ковкого чугуна: 7 — перлитного, 4 — ферритного.

Таблица 1. Ковкий чугун: механические свойства

Рейтинг самых легких металлов на земле

В этой главе мы сосредоточимся на самых легких в мире металлах: какими свойствами они обладают, для чего их используют и чем они интересны.

Литий

Литий входит в первую группу периодической таблицы элементов. Он имеет наименьшую атомную массу среди всех металлов — всего 3, после водорода и гелия. Простое вещество, литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.

Это самый легкий щелочной металл, его плотность составляет 0,534 г/см³. Благодаря этому он плавает не только в воде, но и в парафине. Для его хранения обычно используют парафин, бензин, минеральные масла или нефтяной эфир. Литий очень мягкий и податливый и легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его необходимо нагреть до 180,54 °C. Он будет кипеть только при температуре 1340 °C.

В природе существует только два стабильных изотопа этого металла: литий-6 и литий-7. Кроме них существует 7 искусственных изотопов и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, тем самым участвуя в образовании звездной энергии.

Какой металл является самым легким на земле

Литий известен как самый легкий металл и широко используется в сплавах.

Литий используется в:

• в производстве химических анодов для источников энергии;
• в оптических работах и экспериментах;
• Высокопроизводительные лазеры.

Например, гидроксид лития используется для получения электролита в щелочных батареях. Силикат и алюминат лития также используются в производстве керамики — в качестве основы. Эта керамика затвердевает уже при комнатной температуре.

Это свойство лития используется

• в металлургии;
• в военном деле (в разработке передовых технологий);
• в производстве термоядерной энергии.

Литий также широко используется в промышленности, так как некоторые соединения этого металла помогают отбеливать ткани.

Интересно, что использование лития распространилось на медицину и фармацевтику. В психиатрии соединения лития используются для стабилизации эмоционального состояния пациентов.

Магний (Mg)

Магний — ковкий металл с атомной массой 24,307 °u и плотностью 1,7 г/см^3, который занимает 12 место в таблице Менделеева. Впервые он был получен в чистом виде в 1808 году. Он податлив и легко поддается прессованию и резке.

Он обладает высокой температурой плавления (650 °C) и коррозионной стойкостью. При создании сплавов на основе магния значительно улучшаются механические свойства металла, что существенно расширяет спектр применения данного вида материала.

Один из самых распространенных элементов на Земле, он встречается как в земной коре, так и в морской воде, обычно в составе солей и минералов. Природные месторождения самородного магния встречаются крайне редко, лишь несколько месторождений найдено в России, Восточной Сибири и Таджикистане. Считается, что в 2020 г. США станут крупнейшим производителем магния в мире.

Его основное применение — производство различных сплавов, как легких, так и сверхлегких, которые могут использоваться в самолетах и автомобилях. Благодаря своим огнеопасным свойствам он также используется в пиротехнике и в производстве зажигательных и осветительных снарядов для оборонной промышленности.

Раньше фотосъемка была бы невозможна без магниевого порошка с окислителями — хотя магниевые вспышки используются гораздо реже, чем раньше, они по-прежнему пользуются большим спросом. Магний также важен для правильного функционирования организма и обменных процессов, поэтому препараты на основе магния используются в медицине, в кардиологии, неврологии и при гастроэнтерологических заболеваниях.

Калий

Калий является вторым по распространенности элементом в периодической таблице Менделеева и занимает 19-е место по молекулярному весу. Как и литий, он не встречается в кусковой форме из-за своей повышенной активности, поэтому калий добывают из минералов.

Он очень мягкий, серебристого цвета и при горении дает фиолетовое пламя. Калий взаимодействует с кислородом, кислотами и водой. Взрывы — не редкость, поэтому работа с этим опасным металлом требует особой осторожности и использования средств защиты. Если частицы калия попадут на кожу, они вызовут тяжелые химические ожоги. Его следует хранить в герметичных контейнерах с добавлением веществ, препятствующих проникновению кислорода. Это может быть силикон или минеральное масло.

Используется калий, полученный из горных пород в чистом виде:

• Для производства электродов;
• В лампах, фотоэлектрических элементах.

В виде сплавов используется калий:

• В синтезе пероксида;
• В работе по определению возраста горных пород;
• В качестве индикатора в биологии и медицине;
• В качестве теплоносителя в реакторах.

Калий наиболее востребован в медицине для производства различных видов сплавов. На основе этого металла синтезируется значительная часть лекарств. Кроме того, он является основой витаминных комплексов, целью которых является поддержка сердечно-сосудистой системы и кислотно-щелочного баланса в организме.

Натрий

Натрий — это неорганическое соединение, которое также является щелочью и не встречается в природе в чистом виде. Он встречается в таких минералах, как бура, тенардит, галит и других. Натрий получают в лаборатории путем плавления поваренной соли. В этом промышленном процессе также синтезируется хлор.

Подобно литию и калию, этот металл бурно реагирует с кислородом, кислотами, углекислым газом и спиртами. Он может самопроизвольно воспламеняться при смешивании с фтором или хлором. При добавлении воды происходит небольшой взрыв и образуется каустическая сода.

Внешне он очень похож на калий. Его цвет серебристый, хотя на открытом воздухе он быстро темнеет. Полезными характеристиками для промышленности являются его отличная проводимость электричества и тепла.

Натрий имеет наибольшую разницу температур между точками кипения и плавления. Таким образом, первый процесс происходит при температуре +883 °C, а второй — при +98 °C. Именно по этой причине натрий используется в ядерных реакторах, поскольку он может выдерживать критические температуры.

В человеческом организме Na необходим для нормального обмена веществ. Недостаток этого полезного элемента приводит к невралгии и проблемам с желудочно-кишечным трактом. Однако слишком большое его количество может привести к повышению кровяного давления и отекам.

Алюминий

Самым твердым металлом среди легких и цветных металлов является алюминий. Этот элемент отождествляется с золотой серединой, когда нужен материал не только невесомый, но и устойчивый к любым воздействиям.

Детская погремушка стала первым изделием, изготовленным из алюминия.

Это один из немногих химических элементов, который непосредственно участвует в производстве всего, что составляет основу современного домашнего хозяйства. Самый популярный в мире металл завоевал титул самого полезного в 20 веке. Однако в 21 веке мало что изменилось. Алюминиевые сплавы (более твердые, чем чистый металл) используются в строительстве, производстве столовых приборов, инструментов, мебели и многого другого.

Самый ковкий металл — Справочник металлиста

Ковка – это обработка металла, которая выполняется для придания ему необходимой формы и размеров. Горячая ковка обеспечивает производство поковок, которые впоследствии будут использованы на производстве или в быту.

Горячая ковка крупногабаритных изделий

Надо отметить, что в последние годы особой популярностью стали пользоваться кованые изделия, используемые в качестве ограждений, ворот, решеток и пр.

Интересно о ковке металла

Интересный факт, одна из самых распространенных фамилий в мире произошла от кузнечного дела. Это Кузнецов в России, во Франции – Ферран, в Британии – Смит. Это говорит о распространенности этого ремесла по всему миру.

Кузнечное дело

Основой слова коварство, является глагол ковать. Дело в том, что многие народы и племена считали кузнечное дело малопонятным и покрытым тайной.

Коварь (кузнец) изготавливает ковы, вяжет путы, так со временем существительное коварство обозначало мудрость, навыки, умение. Со временем, оно стало означать злобные планы и умыслы.

Одновременно появились и словосочетания ковать свое счастье и ковать свою судьбу, носящие позитивный смысл.

Во время массовой унификации производства и применения такого оборудования, как прокатное, штамповочное, использование компьютерного управления практически вытеснило кузнечное дело из тяжелой индустрии, но оно осталось и пользуется популярностью и дизайнеров и специалистов по проектированию интерьеров. Современные кузнецы изготавливают продукцию, которая применяется при создании ограждений, лестниц, архитектурного оформления зданий и пр.

Прокатное оборудование для холодной ковкиГорячая штамповка

Но наш век, привел к тому, что проектирование кованых изделий выполняют на специальных конструкторских 3D программах, предназначенных для разработки деталей различного назначения.

Свободную ковку применяют ко множеству металлов. С помощью этой операции выполняют и предметы обихода, и предметы, представляющие собой художественную ценность.

Кстати, этот способ обработки металла применяют и в ювелирном деле. В самом деле, самый ковкий металл – это золото.

Оно обладает пластичностью, текучестью, тягучестью и многими другими свойствами, позволяющие получать из него бесценные изделия.

Ковка ювелирных изделий

На практике применяют два основных вида ковки – горячую и холодную.

Основные способы ковки металла

Свободная ковка металла может быть выполнена, когда металл разогрет до определенного уровня. Такой способ называют горячей ковкой, и до недавнего времени это был основной способ производства кованых деталей.

В последние несколько десятков лет стал набирать популярность способ холодной ковки. Этот способ отличается тем, что его применение позволяет сэкономить на производственных площадях, пропадает необходимость в содержании энергозатратного кузнечного горна и пр.

Горячий метод ковки

Как уже отмечалось выполнение горячей ковки, возможно, при нагреве металла до температур, при которых он изменяет свои прочностные характеристики и приобретает пластичность, которая позволяет его относительно легко обрабатывать, используя ударный инструмент и различные приспособления. Горячая обработка металла предполагает использование некоторых технологий обработки металла, позволяющих разнообразить готовые изделия.

Между тем нагрев металла имеет и определенные недостатки. Во-первых, нагрев металла, подразумевает то, что в мастерской должен быть установлен кузнечный горн или муфельная печь.

Надо сразу отметить, что наличие такого оборудования подразумевает наличие расходов на его обслуживание и на топливо. Во-вторых, использование открытого огня – это небезопасное занятие и требует от мастера соблюдения повышенных мер безопасности.

В-третьих, горячая ковка требует того, чтобы мастер обладал определенными знаниями и навыками в части температурных параметров металла.

Ручная ковка

Ручная ковка металла должна выполняться в специально оснащенной мастерской. В перечень оснащения входит следующее оборудование и устройства:

• горн или муфельная печь;
• система отвода воздуха;

Наковальня, представляющая собой солидных размеров (до 250 кг весом) металлическую чушку, которая может обладать такими технологическими приспособлениями, как рога, калиброванные отверстия. Для ее изготовления применяют сталь 45Л.

На наковальне может быть выполнена ковка металла своими руками и придание нагретым заготовкам необходимых форм и размеров.

Кроме того, на поверхности наковальни существует возможность ковки листа.

Холодный метод ковки

Большая часть работ холодной ковки выполняется на специально спроектированном для этих целей оборудовании. Можно назвать определенный перечень оборудования, который применяют для холодной обработки металла. Как правило, такое оборудование показывает свою эффективность при выполнении больших объемов работ при архитектурном оформлении зданий и сооружений.

Среди оборудования, применяемого при получении изделий холодной ковкой можно назвать следующее:

• торсионный, с его помощью выполняют кручение прутка вдоль оси;
• волновой, на нем выполняют различные волнообразные детали.

Самые легкие цветные металлы

Наиболее распространенный способ классификации цветных металлов по их физико-химическим свойствам — на семь групп, среди которых выделяют так называемые тяжелые и легкие цветные металлы. Это традиционное определение основано на плотности материала.

В основной список входят алюминий, магний, титан, литий, олово и бериллий. К этой же группе относятся кадмий, таллий, галлий, висмут, индий и другие элементы.

Производство легких сплавов является чрезвычайно энергоемким, поэтому предприятия, специализирующиеся в этой области металлургии, располагаются вблизи источников дешевой энергии.

Типы процессов литья металла

Литье металла предусматривает заполнение формы сырьем, которое находится в жидком агрегатном состоянии. Спустя определенное время материал в емкости затвердевает, после чего извлекается.

Самым дешевым и массовым считается литье в песчаные формы. Модель засыпается песчаной смесью, которая заполняет свободное место между ним и 2-мя открытыми ящиками. Полости и отверстия в детали создаются посредством песчаных стержней, расположенных в форме. Насыпанная в ящики смесь встряхивается, в результате чего уплотняется. Полости, которые образовались, заливаются расплавленным металлом через специальные литники. Отливка извлекается после разбивания формы вслед за затвердеванием жидкого металла.

Прецизионное литье — усовершенствованный итальянский способ восковой формовки. По ходу его выполнения создаются гипсовые модель и форма, из воска моделируются изделие и литники, создается формовочная емкость. Затем воск модели и литников вытапливается, расплавленный металл заливается в форму и выбивается. В завершение отливка отделывается.

Механические свойства металлов и сплавов

Механические свойства металлических материалов следующие:

1. Сила. Она заключается в способности материала сопротивляться растрескиванию под действием внешних сил. Тип силы зависит от того, как действуют внешние силы. Она подразделяется на: сжатие, растяжение, кручение, изгиб, ползучесть, усталость.
2. Пластичность. Это способность металлов и их сплавов изменять форму под нагрузкой без разрушения и сохранять эту форму после приложения нагрузки. Пластичность металлического материала определяется его удлинением. Чем больше удлинение, происходящее при уменьшении площади поперечного сечения, тем более пластичным является металл. Материалы с хорошей пластичностью хорошо подходят для работы под давлением: ковки, прессования. Пластичность характеризуется двумя величинами: относительной усадкой и удлинением.
3. Твердость. Это качество металла заключается в его способности сопротивляться проникновению инородного тела большей твердости, не вызывая при этом необратимой деформации. Стойкость к истиранию и прочность — это основные характеристики металлов и сплавов, которые тесно связаны с твердостью. Материалы с такими свойствами используются при изготовлении инструментов, применяемых для металлообработки: фрез, напильников, сверл, метчиков. Часто твердость материала используется для определения его износостойкости. Например, более твердые сорта стали изнашиваются меньше, чем более мягкие.
4. Устойчивость к ударам. Способность сплавов и металлов выдерживать ударные нагрузки. Одно из свойств материала, которое может быть использовано для восприятия ударных нагрузок во время работы машины, например, оси колеса или коленчатого вала.
5. Усталость. Это состояние металла, который постоянно находится под напряжением. Усталость металлического материала развивается постепенно и может привести к разрушению изделия. Способность металлов сопротивляться повреждениям от усталости называется прочностью. Это свойство является функцией природы сплава или металла, состояния поверхности, характера обработки и условий эксплуатации.

Ковка металла своими руками: Инструкция +Фото и

Ковка металла: основные процессы, разновидности. Ковка металла – это способ обработки материала, который выполняют для того, чтобы придать металла необходимый размер и форму. Горячая ковка дает возможность обеспечить производство поковок, которые в будущем будут использованы в производстве или в бытовых целях.

Стоит отметить, что в последние годы стали популярнее кованые изделия, которые используют как ограждения, решетки, ворота и прочее.

Немного истории + интересные факты

Интересно, что одна из наиболее распространенных фамилий во всем мире пошла именно от кузнечного дела. В России это Кузнецов, во Франции Ферран, а в Британии Смит. Это показывает, насколько данное ремесло было и остается распространенным в этом мире.

Принято считать, что основой слова «коварство» является такое глагол, как «ковать». Дело в том, что большинство племен и народов считали, что кузнечное дело – это что-то малопонятное и покрыто страшной тайной.

Кузнец (коварь) делал ковы, вязал путы, и со временем слово «коварство» стало синонимом к мудрости, умениям и навыкам. Спустя какое-то время оно стало синонимом к злобным планам и умыслам.

Одновременно стали появляться такие распространенные словосочетания, как «ковать свое счастье» и «ковать судьбу», что носит исключительно позитивный характер.

При масштабной унификации производства и использования таких типов оборудования, как штамповочное, прокатное, использования управления посредством компьютерного обеспечения почти вытеснило кузнечное дело из индустрии, но, тем не менее, оно осталось и сейчас пользуется невероятной популярностью среди дизайнеров, а также специалистов, которые занимаются проектированием интерьера. Современный кузнец умеет делать такую продукцию, которую будут использовать в качестве оград, лестниц, а также в роли архитектурного оформления строений и прочее.

В 21 веке это привело к тому, что проектирование кованых изделий делаю в специальных программах-конструкторах 3D, которые предназначены для разработки деталей разного предназначения. Свободная ковка используется для многих видов металла. При помощи данной операции есть возможность сделать и предметы обихода, а также предметы, которые представляют собой исключительно художественную ценность.

К слову, данный способ обработки металла используют и в деле ювелиров.

Кстати, самым ковким металлом считается золото, так как оно имеет невероятную пластичность, текучесть, тягучесть и много других свойств, которые дают возможность делать из него невероятно красивые и практически бесценные изделия. Вы можете посмотреть на фото и видео ковки металла, в частности золота. На практике чаще всего используют лишь два типа ковки – холодный и горячий.

Горячая ковка

Как уже говорилось, проведение горячей ковки возможно, если нагревать металл до температур, когда тот меняет свои характеристики прочности и становится пластичным, что дает возможность относительно легко его обрабатывать при помощи ударного инструмента и других приспособлений. Горячий способ обработки предполагает использовать особые технологии обработки металла, которые дают возможность сделать готовые изделия разнообразнее.

Но кроме преимуществ есть и некоторые недостатки метод. К ним отнесем то, что для нагревания металла требуется наличие горна или муфельной печи. Отметим, что такое оборудование помимо своей цены будет дорого обходиться и в дальнейшем, при использовании, так как потребуется оплачивать его обслуживание и топливо.

Также использование открытого источника огня является далеко небезопасным занятием и требует от мастеров соблюдения мер безопасности в повышенной мере. Кроме того, для выполнения горячей ковки требуется, чтобы у мастера были определенные знания и навыки, чтобы разбираться в температурных параметрах различных видов металла.

Разновидности кузнечных работ

Ковка металла выполняется при помощи механического или ручного ударного инструмента – это может быть пресс или кувалда, причем пресс может работать от гидравлического, электрического или пневматического привода. Штамповка и ковка дают возможность получить детали, которые бывают разные по весу и размерам.

Использование ковки дает возможность повысить механические параметры стали и оптимизирует внутреннюю структуру. Именно по этой причине такие детали, как шатуны, делают с использованием ковки или штамповки.

Ковку можно поделить на такие типы – ручная и машинная. Для ручной используют ударные инструменты ручного типа, к примеру, кувалду и молот, а все работы по обработке выполняют непосредственно на наковальне.

Машинная ковка требуется для объемных и тяжелых заготовок, которые после обрабатывают под прессовым оборудованием, а меньшие по размеру и с небольшим весом можно обработать молотом.

Обработка материала изготовления при помощи ударов, в свою очередь, разделяют на обработку в штампах и свободную ковку. Второй вид подразумевает сжатие заготовки между основанием и прессом. Формирование готового изделия происходит благодаря вспомогательным инструментам, применяемым кузнецом. При штамповке металл получает размеры и форму в пределах штампа инструмента.

Для того, чтобы изготовить отдельные детали, следует для начала сделать отдельный штамп. По сути, штамповка и ковка являются промежуточными операциями в технологии, которые помогают сделать заготовки, а те в будущем будут использовать и дополнительно обрабатывать посредством сварки или фрезеровки.

Кузнечно-штамповочное оборудование

В промышленном масштабе часто используют много кузнечно-штамповочного оборудования, которое можно классифицировать по таким параметрам:

• Температура обрабатываемой заготовки. Для этого используют ковочные машины, а также оборудование для холодной и горячей штамповки (объемной и плоской).
• По операциям, которые выполняют на оборудовании. Их можно разделить на основное, заготовительное и финишное KШO.
• По типу подачи и удаления готовых изделий с рабочего пространства. На практике же используют оборудование, на котором все описанные операции можно выполнить в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режиме.
• По разновидности привода. Штамповочные машины и прессы могут работать от сжатого воздуха, гидравлики и электричества.
• По ключевому параметру, обычно это номинальное усилие, которое создается при помощи пресса, или же рабочий момент.

Заключение

Теперь вы узнаете, что собой представляет процесс ковки, а еще какие есть способы обработки металла. Обязательно ознакомьтесь с видео в статье – это поможет подробнее разобраться в процессе и увидеть наглядно все то, что описано в статье.

Виды кузнечных работ

Ковку выполняют с помощью ручных или механических ударных инструментов, это может быть, кувалда или пресс, который может работать от электрического, пневматического или гидравлического привода.

Ковка и штамповка обеспечивают получение деталей, которые имеют разные габаритно-весовые параметры и форму.

Использование ковки приводит к повышению механических параметров стали и оптимизирует его внутреннюю структуру. Именно поэтому ответственные детали, например, шатуны, производят применяя свободную ковку или штамповку. Ковку можно разделить на следующие типы — ручную и машинную.

Для первой применяют ручной ударный инструмент (молот, кувалда и пр.) все работы по обработке металла выполняют на наковальне. Второй тип ковки выполняют на кузнечном оборудовании, оснащенными молотом и пр.

При машинной обработке тяжелые и объемные заготовки обрабатываются под прессовым оборудованием, а менее размерные, и с меньшим весом обрабатывают на молоте.

Обработку металла с помощью ударов можно разделить на свободную ковку и обработку в штампах. Свободная ковка подразумевает то, что заготовку сжимают между прессом и основанием. Формирование готовой детали происходит за счет вспомогательного инструмента, которые применяет кузнец.

Кузнечные работы

При штамповке, металл приобретает форму и размеры в пределах инструментального штампа. Для изготовления отдельной детали необходимо изготавливать новый штамп. По сути, ковка и штамповка – это промежуточные технологические операции, которые приводят к получению заготовок, которые в дальнейшем будут проходить через дополнительную обработку, например, фрезеровку или сварку.

Как повысить прочность металла

Существует несколько способов повышения прочности металлов и сплавов:

• Создание сплавов и металлов, имеющих бездефектную структуру. Ведутся работы по получению волокнистых кристаллов (вискеров), в несколько десятков раз превышающих прочность обычных металлов.
• Получение увеличения объема и поверхностного давления искусственным путем. Обработка металла под давлением (ковка, волочение, прокатка, прессование) дает объемную клепку, а накатка и дробеструйная обработка — поверхностную клепку.
• Формирование металлических сплавов с использованием элементов из периодической таблицы.
• Очистка металла от содержащихся в нем примесей. В результате механические свойства металла улучшаются, а распространение трещин значительно уменьшается.
• Устранение шероховатости поверхности металла.

Интересные факты

• Титановые сплавы, удельный вес которых превышает удельный вес алюминия примерно на 70%, в 4 раза прочнее алюминия. Поэтому с точки зрения удельной прочности сплавы, содержащие титан, более жизнеспособны для использования в самолетостроении.
• Многие алюминиевые сплавы превышают удельную прочность сталей, содержащих углерод. Алюминиевые сплавы очень пластичны, устойчивы к коррозии и прекрасно поддаются обработке давлением и резанием.
• Пластмассы имеют более высокую удельную прочность, чем металлы. Однако из-за недостаточной жесткости, механической прочности, старения, повышенной хрупкости и низкой теплостойкости ламинаты, текстолит и сэндвич-пластики имеют ограниченное применение, особенно в крупногабаритных конструкциях.
• Было установлено, что черные и цветные металлы и многие их сплавы уступают стеклопластикам по коррозионной стойкости и удельной прочности.

Механические свойства металлов являются важным фактором, влияющим на их применение на практике. При проектировании любой конструкции, детали или машины и выборе материала необходимо учитывать все механические свойства, которыми он обладает.

Используемые цветные металлы: особенности ковки

Цветные металлы, в которых практически нет железа, широко используются мастерами-кузнецами для создания оригинальных декоративно-функциональных изделий. Для изготовления кованых украшений используются сплавы бронзы, латуни, меди, алюминия, а также платины, золота и серебра.

• Бронза. Для ковки используются марки с включениями кремния. Бронзу перегревать нельзя: её цвет должен поменяться с желтого на оранжевый. Подготовленный сплав достаточно жесткий, ковать его непросто.
• Медь. Поскольку у материала широкие границы ковочных температур, то работать с ним легко. Медь пластичная — хорошо штампуется, гнется и поддается другим операциям. Металл, не нуждающийся в отжиге, предварительно разогревается докрасна.
• Алюминий. Заготовки нагреваются в закрытых электрических печах, причем дольше, чем сталь. Перед ковкой также разогреваются до 200-250 °C инструменты. В качестве полуфабриката можно использовать чушки, слитки и лом.
• Латунь. Из сплава обычно создаются тонкостенные декоративные изделия. Латунь не ржавеет, тяжело гнется, отличается прочностью. Для повышения податливости в металл дополнительно можно добавлять медь.
• Серебро. Из заготовок изготавливается изысканная утварь. Для работы с серебром используются специальные инструменты. Перед обработкой металл для ковки сильно разогревается.

У каждого материала своя ковочная температура. Например, алюминий марки 6061-Т6 куется при t от 399 до 510 °C, а латунь штампуется при t от 730 до 750 °C.

Важно: У цветных металлов высокая проводимость, поэтому они нагреваются перед ковкой не углем, а газом.