Физические свойства материалов

Наиболее важными физическими свойствами, значения которых учитывают при практическом использовании материалов, являются плотность, теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение, электропроводность. Особые магнитные свойства железа, никеля, кобальта и их сплавов, а также ферритов, выделили их в группы материалов исключительной ценности - ферро- и ферримагнетики. .

Физические свойства определяются типом межатомной связи и химическим составом материалов, температурой и давлением.

Плотность существенно зависит от типа межатомной связи. Максимальную плотность имеют материалы с ненаправленными металлическими или ионными связями. Направленная ковалентная связь предопределяет менее плотное расположение атомов.

При нагреве плотность материалов уменьшается из-за теплового расширения.

Тепловое расширение- это изменение объема (линейных размеров) тела при повышении температуры при постоянном давлении. В основе теплового расширения лежит несимметричность тепловых колебаний атомов, поэтому при повышении температуры увеличиваются средние межатомные расстояния.

Для практических целей пользуются средними значениями коэффициентов объемного а_V и линейного а_l  расширения:

Теплопроводностьюназывается перенос тепловой энергии в твердых телах, жидкостях и газах при макроскопической неподвижности частиц.

Теплопроводность зависит от типа межатомной связи, температуры, химического состава и структуры материала.

Теплоемкость- это способность вещества поглощать теплоту при нагреве. Ее характеристикой является удельная теплоемкость - количество энергии, поглощаемой единицей массы при нагреве на один градус.

Материалы с разными типами связи имеют различные температурные коэффuцuенты электросоnротuвления: у металлов он положителен, у материалов с ковалентным и ионным типом связи - отрицателен. При нагреве металлов концентрация носителей зарядов - электронов не увеличивается, а сопротивление их движению возрастает из-за увеличения амплитуд колебаний атомов. В материалах с ковалентной или ионной связью при нагреве концентрация носителей зарядов повышается настолько, что нейтрализуется влияние помех от увеличения колебаний атомов. По этой причине удельное электросопротивление таких материалов при нагреве снижается.

Технологические свойства

Среди технологическихсвойств главное место занимает технологичность материала - его пригодность для изготовления деталей машин, приборов и инструментов требуемого качества при минимальных трудовых затратах. Она оценивается обрабатываемостью резанием, давлением, свариваемостью, способностью к литью, а также прокаливаемостью, склонностью к деформации и короблению при термической обработке. Технологичность материала имеет важное значение, так как от нее зависят производительность и качество изготовления деталей.

1. Литейные свойства.

Характеризуют способность материала к получению из него качественных отливок.

Жидкотекучесть – характеризует способность расплавленного металла заполнять литейную форму.

Усадка (линейная и объемная)– характеризует способность материала изменять свои линейные размеры и объем в процессе затвердевания и охлаждения.

Ликвация – химическая неоднородность в сплавах, возникающая при их кристаллизации.

От литейных свойств зависит не только сама возможность получения сложной отливки, но и ее конструкционная прочность, т.к. многие дефекты литой структуры являются концентраторами напряжений.

2. Обрабатываемость резанием.

Оценивается несколькими показателями, главный из которых – интенсивность износа режущего инструмента. Количественная характеристика этого показателя – максимально допустимая скорость резания, соответствующая заданной стойкости инструмента. Дополнительные показатели – чистота поверхности резания, форма стружки, легкость ее отделения.

3. Технологическая пластичность - способность материала подвергаться горячей и холодной пластической деформации, не разрушаясь.

4. Свариваемость - способность получения сварного соединения, равнопрочного с основным металлом.

Стоимостные свойства

К последней группе основных свойств относится стоимость материала, которая оценивает экономичность его использования. Ее количественным показателем является оптовая цена - стоимость единицы массы материала в виде заготовок, проката, слитков, порошка, по которой завод-изготовитель реализует свою продукцию машиностроительным предприятиям.