Вода, огонь…земля? И немного о пластичных металлах.

Перед тем, как выяснить, какому элементу из периодической таблицы Менделеева присвоено звание «самый пластичный металл», нужно четко понимать, что же такое пластичность. Это одно из физических свойств, связанных со строением металла.

Пластичность – это способность принимать новую форму, при этом не вызывая разрыв ионных связей. На практике результатом пластичности является хорошая ковкость, благодаря чему металлы могут использоваться в промышленности, медицине, электротехнике и хозяйстве. Из 126 элементов периодической таблицы, золото признано самым пластичным металлом. Благодаря сегодняшним технологиям его можно вытянуть в тончайшую нить, которая не будет заметна человеческому глазу.

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.

Применение

Издавна золото использовалось в качестве объекта инвестирования, кроме того активное применение оно нашло и в ювелирной промышленности.

Во многих странах золотые монеты использовались как деньги. Несмотря на это в качестве мировой валюты его признали только в 19 веке. В 1922 году в России в обороте появились банковские билеты с золотым содержанием, получившие названия «червонцев». Один банковский билет приравнивался к 10-ти золотым рублям старой чеканки.

Золото – самый распространенный материал, который используется при изготовлении ювелирных украшений. Чем выше проба золота, тем лучшей стойкостью к коррозии будет обладать материал, прочность и различные оттенки цветов придают изделию серебро и медь.

Источник

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)

Золотая нить

Способность золота выдерживать растягивающее усилие без разрыва известно с самого начала его коммерческого использования. Изготовление такой проволоки для ювелирных изделий было налажено еще в античные времена — древние мастера уже знали, какой металл самый пластичный. В середине XX века производили микропровод с золотым сердечником, который даже с пластиковой изоляцией был в 7 раз тоньше человеческого волоса. Из 1 грамма металла вытягивали непрерывную золотую нить длиной около 3,5 км.

Сегодняшние технологии довели толщину золотой проволоки до нескольких микрон, дальнейшее освоение технологических достоинств металла продолжается.

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.

Физические свойства

Существует ряд параметров, которые объединяют все металлы. Общая характеристика их по физическим свойствам выглядит так.

Перечисленные параметры — это и есть общая характеристика металлов, то есть все то, что их объединяет в одно большое семейство. Однако следует понимать, что из всякого правила есть исключения. Тем более что элементов подобного рода слишком много. Поэтому внутри самого семейства также есть свои подразделения на различные группы, которые мы рассмотрим ниже и для которых укажем характерные особенности.

Таблица предела прочности металлов

Мягкое, вязкое и прочное

По шкале твердости Мооса у золота показатель — 2,5–3,7. В чистом виде этот металл значительно мягче многих широко распространенных материалов и царапается ножом или даже ногтем. Поэтому, чтобы избежать быстрого износа золотых изделий, в металл для их изготовления добавляют специальные упрочняющие лигатурные элементы, обычно серебро или медь. Существуют у золота и вредные примеси. Самый пластичный металл в таблице Менделеева в присутствии свинца, платины, кадмия или серы становится хрупким.

Мягкость золота особого характера, она дополняется его вязкостью и тягучестью. Удобство формовки и технологической обработки деталей дополняется высокими показателями прочности на растяжение – 3300 кг/см2. Такое уникальное сочетание физико-механических характеристик золота используется с давних времен. Пример – сусальное золото.

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.

Купола в России кроют чистым золотом…

Несмотря на многовековую историю золотодобычи, этот металл всегда относился к редким и драгоценным. Это самый пластичный металл. Это качество делает применение золотой фольги для декоративной отделки элементов интерьера или даже для покрытия церковных куполов рентабельным. Для покрытия большой площади требуется очень немного драгоценного металла: 1 грамм пластинки может быть раскован в лист площадью 1 м2.

Даже ручной способ получения листов для золочения дает возможность добиться толщины в тысячную долю миллиметра. Такая толщина позволяет золотым пластинкам держаться на поверхности за счет молекулярного притяжения. Технология получения сусали значительно усовершенствовалась. Теперь для расплющивания золотых листов применяются роботизированные линии, но в основе процесса – высокая пластичность исходного материала.

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.

Что лучше титан или вольфрам?

Титан очень прочный и твердый и имеет гораздо меньшую плотность. Вольфрам слегка магнитный и слегка электропроводящий. Титан немагнитный и менее электрически проводящий. Вольфрам не является коррозионно-стойким в морской воде в качестве титана и не является фотокатализатором, подобным титану.

Интересные материалы:

Как оставить жалобу на почта банк? Как осуществляется механизм мышечного сокращения? Как осуществляется сортировка списка? Как осветлить джинсовую ткань? Как освободить место в облачном хранилище? Как освободить память Самсунг j5? Как освобождали Сталинград? Как отбелить белую подошву от желтизны? Как отбелить пластмассовую посуду? Как отблагодарить человека своими словами?

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.

Испытание на пластичность

Характеристики пластичности металлов обычно определяются при статичных испытаниях. Самым показательным является испытание на растяжение. Чтобы выяснить, какой металл самый пластичный, необходимо подвергнуть такому воздействию образцы одинакового размера при сходных температурных условиях. Величина деформации, которую способен выдержать образец металла перед разрушением, – объективный показатель пластичности.

Числовым выражением результата испытаний на растяжение являются два основных коэффициента. Относительное удлинение – процентное отношение увеличенной длины образца после разрыва, вызванного деформацией, к первоначальной. Самый пластичный металл – золото – имеет показатель – 65%. Для сравнения: у железа – 40-50, у алюминия – 30-40.

Второй показатель пластичности – относительное сужение поперечного сечения образца. У золота первоначальное сечение образца на 90% больше того, какое он имеет перед разрывом. У алюминия эта цифра – 80%, у меди – 75%.

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.

Что нужно знать о художественной ковке при изготовлении кованых изделий

Согласно технической терминологии, художественная ковка — метод обработки металлов, при котором достижение необходимых форм и размеров производится с помощью деформации. Под этим определением скрывается одна из древнейших технологий, позволившая человеку сделать огромный шаг в истории и не потерявшая своего значения и сегодня. Ковка активно применяется в металлургии и машиностроения.

Роза ручной работы

Что такое художественная ковка

Основным признаком художественной ковки металла считается присутствие творческой или художественной составляющей в произведенном мастером изделии.

Это изделие может быть изготовлено с целью практического применения или иметь только эстетическую ценность.

Художественная ковка уже давно оформилась как самостоятельный вид кузнечных работ, а к профессии кузнеца добавилась еще одна специализация — художник по металлу.

История художественной ковки

История практического применения и обработки металла насчитывает уже несколько тысячелетий. Столько же тысячелетий насчитывает и история художественной ковки, о чем свидетельствуют древнейшие археологические находки.

Примитивные наконечники для копий и мотыг хранят признаки творческой обработки. Раньше ковка имела в основном практическую направленность, но среди кузнецов всегда находились мастера, умеющие совместить практичность с художественностью.

Примером служат образцы оружия и доспехов, конской сбруи, домашней утвари.

Началом становления художественно ковки как самостоятельного ремесла можно считать эпоху Возрождения и связанный с ней расцвет искусств и науки. Средневековые дворцы и храмы в стиле ренессанс или барокко содержат в своем убранстве кованые элементы, отражающие духовные, геральдические или просто эстетические запросы владельцев.

Сегодня эти запросы определяются понятием «дизайн интерьера», в котором элементы художественной ковки продолжают занимать достойное место.

Инструменты для художественной ковки

Многие века стандартный набор оборудования и инструментов кузнеца не изменялся.

Горн с углями, меха для их раздувания, молот и наковальня, клещи и бочка с водой являлись основными инструментами кузнеца.

Развитие средневекового производства привнесло в этот набор элементы механизации, а промышленная революция превратила кузнечное дело в отрасль, направленную на массовое производство продукции.

Молот и наковальня

Это направление получило в свое распоряжение целый ряд специального оборудования для художественной ковки, станков и приспособлений, облегчивших труд кузнеца и позволяющих выполнять сложные изделия.

Классический угольный горн по-прежнему остается в кузнечном арсенале, но на помощь ему пришли еще и муфельные печи, индукционные нагреватели. Многие кузнечные станки сохранили свои исторические названия, соответствующие их назначению — гнутики, улитки, волны, твистеры и торсионы — но получили мощный электрический привод или превратились в универсальные многофункциональные станки.

Виды кузнечных работ

Технология кузнечных работ включает в себя несколько видов операций, различающихся применяемым инструментом, режимами выполнения и целью.

Эти операции в полной мере применяются и в технике художественной ковки, а изготовление какого-либо изделия может включать любой их набор и последовательность.

Основным признаком для классификации является температура обработки — горячая и холодная ковка. Остальные критерии также могут относить операцию к различным видам и подвидам.

Горячая художественная ковка

При горячей ковке изделие подвергается предварительному и при необходимости сопутствующему нагреву для повышения мягкости и пластичности. Существуют два вида горячей ковки металла:

• Свободная или ручная ковка, при которой обрабатываемое изделие свободно размещается на наковальне, а необходимые форма и размер обеспечиваются ударами ручного или механического молота. К этому виду относится и кузнечная сварка — соединение разогретых до температуры плавления деталей с использованием кузнечного инструмента.
• Штамповка, при которой заготовка помещается в штамп с внутренней полостью, по форме и размерам соответствующими готовому изделию. В процессе ковки заготовка деформируется и заполняет пустую область штампа.

Холодная художественная ковка

При холодной ковке изделие подвергается обработке без предварительного нагрева. Чтобы деформировать холодный металл, нужно приложить много усилий, поэтому этот метод применяется для обработки заготовок небольшого сечения. Для холодной художественной ковки используются разнообразные станки, в том числе для холодной штамповки.

Основные приемы художественной ковки

Для каждого из видов ковки металлов и сплавов существуют свои технологии и приемы обработки. Художественная ковка с учетом специфики использует в своем арсенале практически все основные приемы кузнечного мастерства, с помощью которых в металле можно выразить любой творческий замысел.

Высадка

Целью операции является уменьшение длины заготовки с одновременным увеличением поперечного сечения. При горячей ручной ковке нагретую деталь ставят вертикально на наковальню и отбивают молотом по верхнему концу. Нагревая отдельные места и удерживая деталь щипцами, на ней можно выполнить утолщенные узлы, изгибы, объемные или плоские элементы задуманного украшения.

Протяжка

Протяжка представляет собой операцию, противоположную высадке, и применяется для удлинения заготовки. Направление удара при протяжке — поперек оси детали с ее проворотом или продвижением по длине.

В зависимости от формы заготовки (плоской, круглой, пустотелой, кольцевой) и применяемой оснастки техника протяжки включает в себя множество приемов. Отдельные приемы протяжки могут называться своими терминами — разгонка, расплющивание или раскатка.

Кузнец работает

Округление

Операция применяется при горячих методах ковки и заключается в закруглении граней профильных заготовок. Первоначально углы заготовки расковывают, доводя ее до восьмигранного сечения. Окончательное округление выполняют с помощью специальных обжимок или вырезных молотков.

Продевание

Продевание различных элементов друг через друга — распространенный прием, активно применяющийся в художественной ковке. Продевание проводится двумя способами — сборкой по принципу цепных звеньев или прошивкой отверстия в одном из элементов. В этом случае для операции используют зубила нужной формы и размера.

Оформление уступов

Уступы различной формы в технике художественной ковки выполняют как с декоративной, так и с технологической целью, чтобы закрепить детали между собой. Выполняют уступы, используя острые ребра наковальни или специальную подкладную оснастку.

Гибка

Гибка — распространенная технология, активно применяющаяся в художественной ковке. Для гибки разработаны специальные станки и приспособления, позволяющие мастерам работать по собственным шаблонам.

Кованые элементы и детали своими руками

Сегодня существуют цеха или мастерские, предлагающие изделия художественной ковки собственного производства. Спрос на эту продукцию стабилен, несмотря на завышенную стоимость кованых изделий.

При желании и определенном опыте работы с металлом многое из ассортимента профессионалов художественной ковки можно выполнить и своими руками. Вовсе не обязательно вооружаться горном и кувалдой или приобретать специальный станок.

Даже для изготовления сложных элементов или изделий достаточно верстака, тисков, сварочного аппарата и молотка.

Материалом для самодеятельного творчества послужит круглый пруток, профильная труба с небольшим сечением, неширокая полоса стали или листовой металл.

Мебель

В качестве мебели для самостоятельного изготовления можно рассмотреть садовые или дачные столики и стулья, декоративные полочки на стены. Кованые элементы могут украсить интерьер кухни, спальни, прихожей или садовую беседку, а намеченные для отправки в утиль старую табуретку или торшер можно укрепить коваными полосками и представить в качестве антиквариата.

Беседка

Беседка, заветная мечта дачников и владельцев собственного участка, необязательно должна быть деревянной или кирпичной. Можно сделать и металлическую конструкцию из профиля.

Ее несложно превратить в легкую и изящную композицию с помощью собственноручно изготовленных кованых деталей — витой из стального круга ажурной арки на входе, завитушек по периметру беседки или замысловатой подвески для светильника.

Ворота

Кованые ворота и входная калитка, пожалуй, самые востребованные на сегодня изделия из ассортимента художественной ковки, в которых практичность сочетается с художественным вкусом. Между тем многие владельцы частных домов из экономических соображений обходятся приобретенной или самостоятельно изготовленной из стандартного металлопроката и металлопрофиля входной группой.

Любую металлоконструкцию можно перевести в разряд нестандартных или сделать такой изначально с помощью простейших самостоятельно изготовленных кованых элементов. В качестве заготовки используются уже упомянутые стальные прутки, профили или полосы. Из них можно выполнить различные витые узоры и вензеля, листья и бутоны, строгие или произвольные геометрические фигуры.

Подписывайтесь на канал, ставьте лайки, делайте репосты, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах!

Так же Вы можете посетить наш информационный сайт все о металлах.

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.

Побочные подгруппы периодической системы

Общая характеристика металлов побочных подгрупп полностью совпадает с таковой у переходных. И это неудивительно, ведь, по сути, это совершенно одно и то же. Просто побочные подгруппы системы образованы именно представителями d- и f-семейств, то есть переходными металлами. Поэтому можно сказать, что данные понятия — синонимы.

Самые активные и важные из них — первый ряд из 10 представителей от скандия до цинка. Все они имеют важное промышленное значение и часто используются человеком, особенно для выплавки.

Применение

Издавна золото использовалось в качестве объекта инвестирования, кроме того активное применение оно нашло и в ювелирной промышленности.

Во многих странах золотые монеты использовались как деньги. Несмотря на это в качестве мировой валюты его признали только в 19 веке. В 1922 году в России в обороте появились банковские билеты с золотым содержанием, получившие названия «червонцев». Один банковский билет приравнивался к 10-ти золотым рублям старой чеканки.

Золото – самый распространенный материал, который используется при изготовлении ювелирных украшений. Чем выше проба золота, тем лучшей стойкостью к коррозии будет обладать материал, прочность и различные оттенки цветов придают изделию серебро и медь.