Охарактеризуйте основные физические свойства металлов и сплавов.

К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства и др.

Цветом называют способность металлов отражать световое излучение с определенной длиной волны. Например, медь имеет розово-красный цвет, алюминий - серебристо-белый.

Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плотности все металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м³) и тяжелые. Плотность имеет большое значение при создании различных изделий. Например, в самолето- и ракетостроении стремятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий.

Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы (вольфрам 3416°С, тантал 2950°С, титан 1725°С и др.) и легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). Температура плавления имеет большое значение при выборе металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектрических приборов и других изделий. В системе СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К).

Удельная теплота плавления – количество энергии, необходимое для превращения при температуре плавления одного кг твёрдого кристаллического вещества в жидкость.

Теплопроводностью называют способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам тела. Серебро, медь, алюминий обладают большой теплопроводностью. Теплопроводность имеет большое значение при выборе металла для деталей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образуются трещины.

Тепловое расширение – изменение размеров тела в процессе его нагревания. Тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения α и коэффициентом объемного расширения β ≈ 3α.. При постоянном давлении изменение линейных размеров тела вычисляется по формуле:

l = l₀ (1 + αΔT)

Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горячей объемной штамповке, при строительстве мостовых ферм, укладке железнодорожных рельсов.

Теплоемкостью называют способность металла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В системе СИ имеет размерность Дж/К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемкости — количеству тепла, которое требуется для повышения температуры 1 кг металла на 1°С.

Электропроводность – способность металлов проводить электрический ток под воздействием электрического поля. Эта величина обратно пропорциональна удельному сопротивлению. Электропроводность большинства проводников обусловлена наличием в них свободных электронов; с повышением температуры металла она уменьшается, с понижением – увеличивается. Следует отдельно выделить явление сверхпроводимости – явление, при котором сопротивление падает практически до нуля (оно имеет место при сверхнизких температурах). Хорошая электропроводимость необходима, например, для токонесущих проводов (медь, алюминий). При изготовлении электронагревательных приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин).

Магнитные свойства: наибольшее значение в технике имеют ферромагнитные материалы (железо, никель, кобальт, их сплавы, ферриты). Важную роль они играют в производстве электромашин, в трансформаторах, в приборах, где требуется экранирование электромагнитного поля.

К физическим свойствам следует отнести также влагостойкость, которая характеризуется гидроскопичностью, водопоглощаемостью, водопроницаемостью и смачиваемостью. Гидрофобность – способность материалов отталкивать молекулы воды. Морозостойкость – способность материалов работать без ухудшения эксплуатационной надёжности при низких температурах, т.е. без снижения прочности, изменения эластичности и без образования трещин.