ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физические свойства материалов из "Материаловедение " 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. [c.60] Физические свойства определяются типом межатомной связи и химическим составом материалов, температурой и давлением. Для большинства процессов обработки материалов давления не превышают 500 МПа. Такие давления практически не влияют на значения физических свойств. Различают зависимые и независимые от структуры материала физические свойства. Значения последних определяются только химическим составом материала и температурой. [c.60] 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. [c.60] У металлов плотность изменяется от 22,5 г/см у осмия до 0,534 г/см у лития. Легирование сплава более тяжелыми элементами, чем основа, увеличивает, а более легкими — уменьшает его плотность. Масштабы легирования ограничены техническими и экономическими соображениями. Плотность основы является определяющей для группы сплавов разного химического состава на основе данного металла. [c.61] Пористость уменьшает плотность. Для порошковых сплавов и других пористых материалов она является одним из критериев качества. Пористость оценивают по фактической плотности материала и определяют методом гидростатического взвешивания или другими способами. [c.61] Уменьшение расхода конструкционных материалов и снижение массы металлоконструкций и машин является тенденцией современного машиностроения. Чем меньше плотность материалов, тем ниже динамические нагрузки на детали и меньше расход энергии на эксплуатацию машины. [c.61] Преимущество легких материалов над тяжелыми становится более наглядным при сравнении материалов по их удельной прочности (T hg и удельной жесткости Е/ д. По этим характеристикам первое место занимают композиционные материалы, а сплавы алюминия (дуралюмины) не уступают более прочным легированным конструкционным сталям. [c.61] При нагреве плотность материалов уменьшается из-за теплового расширения. [c.61] 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. [c.61] Для кристаллов кубической системы, а также для стекла и других изотропных материалов с аморфной структурой /3 = За. В кристаллах с низкой симметрией отдельные слагаемые коэффициента объемного расширения могут принимать отрицательные значения. При поляризации атомов и появлении дальнодействующих составляющих межатомного взаимодействия коэффициент /3 становится отрицательным. Например, германий при нагреве от 15 до 40 К не расширяется, а сжимается. Среди полимеров самое большое тепловое расширение имеют неполярные полимеры, у которых силы Ван-дер-Ваальса малы. [c.62] Создание текстур в металлических сплавах, ориентация макромолекул в полимерах отражаются на значениях коэффициента линейного расширения они суш ественно различаются в направлении преимущественной ориентации и в поперечном направлении. [c.62] Тепловое расширение полимеров уменьшается при усилении межмо-лекулярного притяжения благодаря взаимодействию диполей, наличии водородных и химических связей между молекулами. [c.62] Тепловое расширение учитывают при расчете прессовых посадок, сварке и пайке разнородных материалов, изготовлении аппаратуры из двухслойных сталей и ее эксплуатации, при выборе клеев и эксплуатации машин и приборов в изменяюш ихся температурных полях. У большинства материалов при повышении температуры коэффициенты теплового расширения увеличиваются. При термоциклировании или частых колебаниях температур в изделиях и деталях создаются неоднородные температурные поля и возникают напряжения. Работа материала при повышенных температурах и меняюш ихся напряжениях сопровождается появлением треш ин и разрушением даже, если эти материалы являются высокопластичными. Наиболее стойки к термической усталости и разрушению при термических ударах материалы, в которых малое тепловое расширение сочетается с высокой теплопроводностью. [c.63] Теплопроводность зависит от типа межатомной связи, температуры, химического состава и структуры материала. [c.63] Теплота в твердых телах переносится электронами и фононами, т.е. [c.63] Механизм передачи теплоты в первую очередь определяется типом связи в металлах теплоту переносят электроны в материалах с ковалентным или ионным типом связи — фононы. Самым теплопроводным является алмаз. В полупроводниках при весьма незначительной концентрации носителей заряда теплопроводность осуш ествляется в основном фононами. Чем совершеннее кристаллы, тем выше их теплопроводность. Монокристаллы лучше проводят теплоту, чем поликристаллы, так как границы зерен и другие дефекты кристаллической структуры рассеивают фононы и увеличивают электросопротивление. [c.63] Кристаллическая решетка создает периодическое энергетическое пространство, в котором передача теплоты электронами или фононами облегчена по сравнению с аморфным состоянием (табл. 2.2). [c.63] Чем больше примесей содержит металл, мельче зерна и больше искажена кристаллическая решетка, тем меньше теплопроводность. Легирование вносит искажение в кристаллические решетки твердых растворов и понижает теплопроводность по сравнению с чистым металлом — основой сплава. Структурные составляющие, представляюш ие дисперсные смеси нескольких фаз (эвтектики, эвтектоиды), снижают теплопроводность. Структуры с равномерным распределением частиц фаз имеют меньшую теплопроводность, чем основа сплава. Предельным видом подобной структуры является пористый материал. По сравнению с твердыми телами газы являются теплоизоляторами. [c.64] Графит имеет высокую теплопроводность. При передаче теплоты параллельно слоям атомов углерода базисной плоскости теплопроводность графита превышает теплопроводность меди более чем в 2 раза (табл. 2.3). [c.64] При нагреве теплопроводности сталей разных классов сближаются (рис. 2.10). [c.66] Вернуться к основной статье