A fémek és ötvözetek tulajdonságai - a művészi anyagtudomány
A fémek és ötvözetek tulajdonságai a következőkre oszlik:
1) fizikai; 2) mechanikus; 3) technológiai; 4) kémiai.
Szín és fény. Ez a két tulajdonság elsősorban a fém megjelenését határozza meg, és rendkívül fontos a művész számára. Ezeket a tulajdonságokat a fémek művészi és esztétikai érdemei jellemzik, mint anyagokat, amelyekből művészeti alkotások jönnek létre.
Ábra. 1. Vezessen egy bronzlemezt medvefejjel (szkítikus korszak)
Minden fémnek vagy ötvözetnek bizonyos belső színe van. Azonban a legtöbbjük meglehetősen monoton színű, szürkésfehér, ezüstös hangok, majd melegebb, majd hűvösebb. A kivétel két fém: az arany, amely gazdag sárga színű, és a réz, amelyet erős narancsvörös szín jellemez. Ezeknek a fémeknek az ötvözetekhez való hozzáadásával sárga és piros árnyalatokat kapunk. A táblázatban. Az 1. ábrán a technika állása szerinti leggyakoribb fémek és ötvözetek színei láthatók.
Gyakran kész művészeti tárgyak készült egy fém bevonva vékony réteg egyéb, hatékonyabb szín vagy ragyogása fémek, például arannyal bevont ezüst és bronz, nikkel és króm acélok, réz, sárgaréz, ezüst, stb ...
Előfordul, hogy a színek nem vonatkoznak dúsítási fém maga és annak oxidok vagy más kémiai vegyületek. Ezt a technikát oxidációnak vagy patinációnak nevezik. Így lehet kapni nagyon eltérő szilárdságát és fényességét hang és jelentősen kibővíti a színpalettát a művész metalworker. Az oxidáció lehetővé teszi, hogy különböző árnyalatú sárga, zöld, kék, cián, bíbor, vörös, barna, fekete, rendkívül tartós és ellenáll a külső körülmények.
Sűrűsége. A sűrűség tekintetében az összes fém könnyű és nehéz. A könnyűfémeket sűrűségük legfeljebb 3, sűrű - sűrűsége 6 és magasabb.
Merevség vagy olvadáspont. A fémek és ötvözeteik olvadáspontjai hatalmas tartományban vannak. Például néhány olvadó ötvözetek (ötvözet Wood) vannak hőmérsékleten megolvasztunk 60 ° C-on, és a legtöbb a tűzálló fémek - volfrám-on olvad csak 3380 ° C-on A higany egy olyan fém, amely szobahőmérsékleten folyékony állapotban van. A hőmérséklet mínusz 39 ° C-on olvad,
Az olvadásponttól az összes fém alacsony olvadáspontú (olvadáspontja nem haladja meg a 700 ° C-ot) és tűzálló - 900 ° C felett.
A világosan olvadó fémeket alacsony olvadáspontú ötvözetek és lágyforrasztók készítésére használják.
Tűzálló fémek: ezüst, arany, platina, réz, nikkel, mangán, vas, króm, volfrám stb.
A műszaki tulajdonságok nagy jelentőséggel bírnak a művészeti termékek tervezésében és gyártásában.
A szilárdság vagy az erő a fémek tulajdonában áll, hogy ellenálljon a különféle terheknek, anélkül, hogy lebontják. A szilárdság a fémek egyik fontos tulajdonsága. Művészi termékek tervezésénél a fémek és ötvözetek megválasztása figyelembe veszi erejét.
A pontos meghatározása és mérése az erőt a fém vagy ötvözet mintát gyártott és alá szakítópróba egy speciális géppel, amely lassan, de növekvő erővel húzódik a mintát teljes szakítást.
A legnagyobb feszültség, amelyet egy fémminta elviselhet anélkül, hogy felbomlana, az adott fémnek a végső szilárdsága vagy a szakadás átmeneti ellenállása.
A rugalmasság a fém tulajdonsága, hogy az eredeti alakját a terhelés eltávolítása után vegye át. A mintán lévő terhelés fokozatos növekedése a szakítógépen végzett vizsgálat során először rugalmasan, például gumival vagy rugóval van feszítve. Ha a terhelést eltávolítják, a minta ismét zsugorodik és az eredeti hosszát veszi. A fém legnagyobb feszültsége, amely után visszatér az eredeti hosszához, elasztikus határnak nevezik.
Ha a terhelés további növelésével a feszültség meghaladja a rugalmas határértéket és a nyúlás a minta kirakodása után is fennáll, ezt az állapotot megmaradó nyúlásnak nevezzük. Ezután jön a hozampont, amelynél a minta tovább növekszik a terhelés nélkül - ebben az esetben a fém "áramlik". Ezt az átfolyási képességet használják a bélyegzésben, különösen akkor, ha mély rajzot használnak.
A legrugványosabb a króm-nikkel edzett acél. Az alumíniumból és a rézből egyáltalán nincs rugalmasság - még enyhe terhelés esetén is maradék nyúlás, és nem rugalmas.
A plaszticitás egy fém tulajdonsága, hogy alakját az erő hatása alatt megváltoztassa, a megsemmisülés jeleit (repedéseket, könnyeket stb.), És a terhelés eltávolítása után megmaradjon. Ezt a tulajdonságot szintén meghatározták és megmérik egy szakítógépen.
A fém duktilitását a minta megnyújtása jellemzi a vizsgálat során. A plaszticitás fokának meghatározásához használja a következő technikát: a minta megtörése után adja hozzá alkatrészeit, és mérje meg a teljes hosszukat. A hosszúságnövelésnek az eredeti hosszához viszonyított aránya, százalékban kifejezve, a fém plaszticitásának jelzője és a relatív nyúlásnak nevezik. A fémek ezen tulajdonsága nagy jelentőséggel bír a termelés zúzásában és bélyegzésében, valamint a difovka, a kovácsolás, a gördülés és a rajzolás terén. A magas plaszticitást nemesfémek - arany, ezüst, platina és ötvözeteik birtokolják; A réz és az ólom nem kevésbé műanyag. Szinte teljesen ez a tulajdonság hiányzik a nyersvasban, antimonban és más fémekben.
A keménység a fémek tulajdonsága, hogy ellenálljanak egy másik test behatolásának beléjük egy külső terhelés hatására. Ebből a tulajdonságból függ a fémek feldolgozásának lehetősége egy vagy másik eszközzel. Például gépi megmunkálásnál fontos megismerni a megmunkálandó fém keménységét a megfelelő vágó, fúró vagy vágó kiválasztásához.
A keménység meghatározásához számos módszer és speciális eszköz létezik. A leggyakoribb és leggyakoribb a következő.
Brinell módszere. A keménység meghatározása ezzel a módszerrel abból áll, hogy egy acél edzett gömböt speciális présgépen préselik a vizsgált fémbe. A gömb nyomásán a fémen lyuk alakult ki. A fém lágyabb, a lyuk területe nagyobb. A kút átmérőjét a mérő nagyító határozza meg, majd egy speciális táblázatban megtalálja a Brinell keménység számát.
Rockwell módja. Meghatározása keménysége által ez a módszer is végzi kényszerítve egy gyémánt prizma fém vagy acélgolyó, de a visszaszámlálás végezzük nem a területen, és a benyomódási mélységet a különbség a mélység egy szabványos terhelés 10 kg, és előre meghatározott.
A mérést egy speciális műszerjelzővel végezzük, és a keménység számát a készülék maga mutatja.
Shor módszere. A módszerrel végzett mérés speciális eszközzel történik - a scleroszkóp segítségével. Ebben az esetben az acél hordó egy bizonyos magasságból a vizsgált fémre esik. A fém keménységét a magassága jellemzi, amelyet a gátló lepattan. Minél nehezebb a fém, annál nagyobb a visszapattanási magasság. Ez a módszer kényelmes, mert nem roncsolja a felületet, és alkalmazható a művészeti ipar késztermékeire.
Az állóképesség a fémek tulajdonsága, hogy ellenálljon számos megismételt változó terhelés lebontása nélkül.
A mechanikai tulajdonságok a hőmérsékleti viszonyoktól függően jelentősen változhatnak. Így például a fűtésben lévő fémek szilárdsága csökken, és a plaszticitás a legtöbb esetben megnő.
A fém tulajdonságainak változása alacsony hőmérsékleti körülmények között még nem vizsgálták kellően. Jól ismert azonban, hogy egyes fémek hidegben a plaszticitás élesen esik és törékennyé válnak.
Ebből a szempontból az összes fém három csoportra tagolódik:
- hideg acél a törékeny - bizonyos minőségű acélból, cinkből és ötvözeteiből;
- nem hűtött - réz, alumínium;
- törékeny fémek, amelyek törékenyek és normál körülmények között, például szürkeöntvény.
Fém vagy ötvözet megválasztása művészi termékek gyártása során a fizikai és mechanikai tulajdonságokon kívül a technológiai tulajdonságokat is figyelembe veszik, vagyis a fémek különböző módszerek és módszerek különféle nehézségek nélkül történő feldolgozására alkalmasak.
A legfontosabbak a következő tulajdonságok.
A folyadékáramlás olyan tulajdonság, amely biztosítja, hogy a penész jó olvadt fémmel töltse. A fluiditás értéke függ az atomtömegtől, az olvadásponttól, a felületi feszültség mértékétől és egyéb jelzőktől.
A fémek és ötvözetek, amelyek nagy önthetőség, termelnek erősen öntés. Ezek könnyen nyomtatványok kitöltésében és a finom részletek jól érzékelteti a modell részleteit, beleértve a textúra a felület. Rendelkeznek jó önthetőség következő fémek és ötvözetek, cink és ötvözetei, öntöttvas, bronz, ón, Silumin (alumínium-szilícium ötvözet), és néhány magnézium ötvözetek és öntés sárgaréz.
Van egy fogalom, a fluiditás inverze, olvadás. A magas olvadáspontú fémek és ötvözeteik magas fűtéssel is vastagok maradnak, és a formák feltöltésekor rosszul töltik ki őket. Az olvadáspontja tiszta ezüst, piros réz, acél.
Az öntés zsugorodása - a térfogat csökkenése a folyadék állapotától a szilárd állapotig. Amikor a fém hűtésre kerül, az öntés zsugorodik, és így mozog a szerszám falától. Az öntés mindig kisebb, mint a modell, amelyen a penész elkészült. A zsugorodás mennyisége változik. A magas zsugorodású fémek és ötvözetek kevésbé alkalmazhatók az öntésre.
Az öntés zsugorodásának tudatában meg tudod határozni, hogy többet kell-e készíteni a formára, hogy megkapja a megfelelő méretű öntést.
Kovkost - a fém tulajdonsága, hogy az ütközés vagy a nyomás alatt alakját megváltoztassa, nem pusztul el. A duktilitás mértéke számos paramétertől függ. Ezek közül a legjelentősebbek a következők: plaszticitás, fűtés mértéke, deformáló erő nagysága, szennyeződések jelenléte,
A fémeket hideg állapotban, például vörösrézben, aranyban és melegben, például acélban kovácsolhatják. Ezt a tulajdonságot széles körben használják az alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél (korábban vasaló kovácsolás) művészi kovácsolt termékek gyártásában. Az alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél, vörösen forró, annyira műanyag és lágy lesz, hogy a legkülönbözőbb összetett alakú tárgyakból is készíthető.
Hegeszthetőség - a fémnek a helyi fűtéssel és a termék hegesztett éleinek megolvasztásával történő szoros összekapcsolása. A tiszta fémek könnyebben hegeszthetők, és az ötvözetek nehezebbek. Az alacsony széntartalmú acélból készült termékek könnyen hegeszthetők. Minél magasabb az acél százalékos aránya, a hegeszthetőség rosszabb. A legnehezebb a nagy szén-dioxid ötvözetlen acélok és különösen az öntöttvas hegesztése.
A szinteríthetőség olyan tulajdonság, amely a cermetek kialakulását eredményezi. Ebben az esetben a korábban porba aprított fémeket összekeverik, speciális formákba préselik, és magas hőmérséklet és nyomás hatása alá kerülnek a szinterelés előtt. Különböző fémek szintereitek egyenlőtlenül - egyesek jobbak, mások rosszabbak. A szinterezés módszere most különösen kemény, ellenálló ötvözeteket eredményez, például a forgácsolószerszámok gyártásában.
Megmunkálhatósága különböző gépek (eszterga, maró és így tovább.), Valamint a képességét, hogy kell csiszolni és polírozott Xia - olyan tulajdonságok jelentős szerepet játszik a termelés művészeti tárgyak, különösen a befejező (polírozás). Bronz, sárgaréz és néhány fokozat az acélok, az alumínium és az öntöttvas jól vágott. Különösen rosszul feldolgozottak a szerszámgépeken a vörösréz és az ólom és ötvözetei.
A fémek kémiai tulajdonságairól a művészeti ipar termékeinek előállításában a legfontosabb a feloldódás és az oxidáció.
Oldódása vagy eróziója, - az a képesség, a fémek és ötvözetek oldódnak erős savak és maró lúgok. A leggyakrabban használt a termelés kénsav, salétromsav és sósav, és a keveréket a salétromsav és sósav, az úgynevezett „aqua regia”, és alkáli - nátrium-hidroxid és kálium-hidroxid.
A feloldani fémek tulajdonsága nagyon széles körben alkalmazható a művészi fémtermékek gyártási területeinek széles körében. Ebben az esetben meg kell különböztetni azokat az eseteket, amikor az oldódás részleges jellegű, és csak a fém felületi rétegét korlátozza, valamint a fém teljes feloldódása és az oldatba való átjutása.
A felszínről történő részleges feloldódás példái a következők:
a) a pácolótermékek savakban, hogy tiszta felületet vagy minta keletkezzen (2. ábra);
b) a rézlemezek maratását a maratás során stb.
A fém teljes feloldódásának példái a következők:
a) a cink-klorid sósavban való feloldódása cink-klorid előállítására, forrasztás során fluxusként;
b) Az ezüst feloldása salétromsavban ezüst-nitrát készítéséhez stb.
Az oxidáció a fémek oxigénnel való összekapcsolásának képessége és fémek oxidjainak képződése. Ha oxidálódik, a fém tömege az oxigén súlyával növekszik, ami ehhez kapcsolódik. Általában szinte minden fém és ötvözet vékony oxid (vagy oxid) filmréteggel van bevonva a felületről, ami nagyon vékony, oxidokból álló réteg.
Az ilyen film képződésének sebessége különböző fémek termékének felületén nem azonos. Például a magnézium és az alumínium nagyon gyorsan oxidálódnak, a bronz és a sárgaréz sokkal lassabb, és az aranyból és platinából készült termékek egyáltalán nem oxidálódnak.
Különösen gyors oxidáció történik magas hőmérsékleten való hevítés esetén. Ebben az esetben a fém felszínén gyorsan kialakul egy vastagabb réteg, amely oxidokból áll, és amelyet skálázásnak neveznek. Minél nagyobb a fűtés és annál nagyobb a levegő hozzáférése a fűtött termékhez, annál vastagabb a képződő réteg. Ha a fémet levegő vagy oxigén esetén felmelegítik, akkor minden fém méretarányúvá válhat.
Ábra. 2. Vázák alumíniumból, metszett L. L. Linax művész
Bizonyos esetekben kívánatos a fémek oxidálódása és oxidálófilm képződése a felületükön, mivel ez a film megvédi a terméket a fém további oxidálásától a mélységig és védőfilmként nevezik. Ilyenek például az alumíniumötvözetekből készült termékek oxid filmjei.
Más esetekben, a kialakulását oxidok fémfelületeken nem kívánatos, például a nehéz forrasztási és hegesztési alumínium termékek miatt a gyors kialakulását egy nagyon erős oxid filmet, amely megakadályozza az érintkező egy forrasztóanyag egy tiszta fémfelület. Ez nem kívánatos, és a vízkőképződést a acéltermék a folyamat keményedési, amely úgy tűnik, még akkor is, ha az oxigéntartalmat a légkörben, amely nem haladja meg a 0,2%.