Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник

Подождите немного. Документ загружается.

А. В. Бобылев

МЕХАНИЧЕСКИЕ

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА

МЕТАЛЛОВ

Издание

второе, переработанное

дополненное

МОСКВА

МЕТАЛЛУРГИЯ 1987

УДК

620.17

Рецензент:

лауреат Государственной премии

СССР

М. Ф.

Баженов

УДК

620.17

Механические и технологические свойства металлов: Справ, изд. Б о-

был ев А. В. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1987. 208 с.

В справочнике на основании работ советских и зарубежных ученых,

а также исследований автора описаны механические и технологические

свойства более 70 металлов и 20 сплавов в зависимости от температуры

испытания,

содержания примесей и способов получения. Приведены све-

дения

об основных физических свойствах всех известных в настоящее

время металлов. Основное внимание уделено влиянию различных фак>

торов на пластичность и хрупкость металлов, температурным зонам их.

Рассмотрены вопросы о ресурсах металлов, методиках испытаний, раз-

рушении, терминах, даны рекомендации по повышению качества метал-

лов.

Показано решающее влияние примесей и окружающей среды на их

свойства.

Предназначена для инженерно-технических работников научно-ис-

следовательских институтов, заводских лабораторий и металлообраба-

тывающих заводов различных отраслей промышленности. Ил. 91.

Табл. 88. Библиогр. список: 56 назв.

„

2605000000—073

63—87

040(01)—87

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

Ресурсы металлов

Термины

Методы оценки пластичности

Точность

достоверность

Разрушение металлов

Хладноломкость

.............

Горячеломкость

Красноломкость

Сверхпластичность

10.

Электропластичность

...........

11.

Металлы

1Б

подгруппы

Медь

Серебро

Золото

. 45

12.

Металлы

ПБ

подгруппы

Цинк

Кадмий

Ртуть

13.

Металлы

Н1Б подгруппы 49

Алюминий

Галлий

Индий

Таллий

14.

Металлы

IVB подгруппы 56

Олово

Свинец

15.

Металлы

VB подгруппы 60

Сурьма

, 00

Висмут

16. Металл

VIБ подгруппы 63

Полоний

17.

Металлы

подгруппы

Водород

Литий

Натрий

Калий

Рубидий

Цезий

Франций 68

18.

Металлы ПА

подгруппы

. 68

Бериллий 69

Магний 71

Кальций

Стронций

Барий

Радий

19.

Редкоземельные металлы 75

Скандий

Иттрий

Лантан

Церий

Празеодим

Неодим

Прометий

Самарий 79

Европий 80

Гадолиний • 80

Тербий 81

Диспрозий 81

Гольмий • 81

Эрбий 82

Тулий 82

Иттербий 83

Лютеций 83

20.

Металлы IVA

подгруппы

Титан 84

Цирконий 87

Гафний 92

21.

Металлы VA

подгруппы

Ванадий 95

Ниобий

. , 99

Тантал '07

22.

Металлы VIA

подгруппы

111

Хром

112

Молибден

120

Вольфрам

... '33

23.

Металлы

VIIA

подгруппы

140

Марганец

'40

Технеций

141

Рений

142

24.

Металлы семейства

железа

145

Железо

J45

Кобальт

152

Никель

154

25.

Платиновые металлы "'3

Рутений

164

Родий

165

Палладий . , .... 165

Осмий

.167

Иридий

167

Платина 168

26.

Актиниевые

металлы

. 169

Актиний

170

Торий

170

Протактиний

171

Уран

171

Нептуний

173

Плутоний

173

Америций

175

Кюрий

175

Берклий

175

Калифорний

175

Эйнштейний

175

Фермий

176

Менделевий

176

Нобелий (жолиотий)

176

Лоуренсий (резерфордии)

176

Курчатовий

176

Нильсборий

176

Экавольфрам

176

Экарений

. 176

27. Сплавы

177

Сплавы меди

177

Сплавы алюминия

184

Сплавы молибдена

186

Сталь

186

Сплавы никеля

187

Аморфные сплавы

187

Металлиды

188

28. Факторы, влияющие

на

пластичность металлов

.... 190

Библиографический список

203

Предметный указатель

205

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Основных направлениях экономического и социального развития

СССР

на

1986—1990

годы и на период до

2000

года

поставлены задачи все-

мерного ускорения научно-технического прогресса, обеспечения

глубо-

ких качественных изменений в металлургии при опережающем развитии

обрабатывающих отраслей промышленности и улучшения структуры и

качества конструкционных материалов путем создания новой прогрес-

сивной

технологии и реализации ресурсосберегающего направления в

развитии экономики.

Для быстрейшего решения этих задач необходимо, в частности,

знать механические и технологические свойства металлов, неискаженные

наличием примесей.

По

мнению автора, чистые металлы обладают природной пластично-

стью; у них нет тепловых зон хрупкости и провалов пластичности.

Причиной

нарушения этой закономерности являются примеси; не-

которые из них

даже

при незначительном содержании существенно

ухудшают

механические свойства вследствие концентрации в опреде-

ленных

участках,

которая на несколько порядков превышает среднее

содержание примесей в металле.

Вредное влияние примесей на свойства металлов известно давно,

однако его часто недооценивают.

В последующие годы оно еще более возрастет, так как ресурсы

металлов в земной коре ограничены и для ряда металлов близки к ис-

тощению («исчезающие металлы»). Возникает необходимость расшире-

ния

использования вторичного сырья и бедной

руды,

которые, как из-

вестно, обогащены примесями.

В настоящем издании справочника приведены основные физические

характеристики металлов: атомная масса, атомный радиус, число элек-

тронов в атоме (атомный номер) и их строение по сравнению со строе-

нием

благородных газов (гелия — Is

, неона— [He]2s

, аргона —

[Ne]3s

, криптона—[Ar]3d

, ксенона — [Кг]4d

и ра-

дона

[Xe]4p

электроотрицательность, ионизационный потен-

циал,

плотность, температуры плавления и кипения. Дополнительно

приведены краткие сведения о

ресурсах

металлов, точности и достовер-

ности определения свойств материалов, сверхпластичности и электро-

пластичности металлов.

Основной

материал в книге размещен в соответствии с подгруппа-

ми

Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, поскольку эле-

менты одной подгруппы обладают сходными свойствами.

Автор

учел

предложения действит. чл. АН

СССР

Н. Н. Рыка-

лина

и чл.-кор. АН

СССР

Е. М. Савицкого, содержащиеся в рекоменда-

тельных письмах, переиздать справочник, а также в опубликованных

рецензиях докт. техн. наук А. М. Борздыки и канд. техн. наук В. Г. Куд-

ряшова.

Отличительная особенность справочника •— наличие в нем не только

фактических данных о свойствах металлов, но и критическое рассмот-

рение достоверности этих данных. В настоящем издании исключены

приведенные ранее результаты некоторых исследований, полученные при

испытании

загрязненных металлов, именуемых чистыми.

Содержание компонентов во

всех

случаях,

кроме специально огово-

ренных, дано в процентах по массе. Атомная масса приведена в отно-

сительных единицах.

При

составлении справочника использованы данные, опубликован-

ные в

следующих

работах:

1. Свойства элементов/Дриц М. Е.,

Будберг

П. Б.,

Бурханов

Г. С,

Дриц

А. М.,

Пановы

В. М./Под. ред. Дрица М. Е. М.: Металлургия,

1985. 672 с.

Зиновьев

В. Е. Кинетические свойства металлов при высоких тем-

пературах. М.: Металлургия, 1984. 200 с.

3. Теплопроводность твердых тел/

Сухотин

А. С,

Боровиков

Р. П.,

Нечаева

Г. В.,

Пушкарев

А. С/Под ред. Сухотина А. С. М.: Энерго-

атомиздат, 1984. 320 с.

4. Metals Handbook American Society for Metals, 1979, v. 2, 855 p.

5. Свойства элементов Под ред. Самсонова Г. В. М.: Металлургия,

1976. Т.

1—600

с, т. 2

—384

с.

При

ссылке в тексте на [1] имеются в виду источники, которые

автор использовал в первом издании. В библиографический список вто-

рого издания включены только работы, не использованные в первом из-

дании.

Автор

выражает большую благодарность Г. Н. Страхову за про-

смотр и обсуждение рукописи, а также очень признателен М. Ф. Баже-

нову за справедливые критические замечания и полезные рекомендации,

сделанные им при рецензировании рукописи.

Обозначения основных физических

величин

книге

с—периоды кристаллической решетки;

р—плотность;

р—температурные коэффициенты линейного

объемного

расширения;

Л,— теплопроводность;

Е—модуль нормальной упругости;

G—

модуль

сдвига;

Ц—коэффициент

Пуассона;

—

истинное сопротивление разрыву;

а—

напряжение;

—временное сопротивление разрыву;

о"о,2— предел текучести;

°Ъц—предел

пропорциональности;

Одл

—

длительная прочность;

iji—относительное удлинение

относительное сужение;

6п—равномерное относительное удлинение;

КНС—критическое напряжение сдвига;

KCU—ударная

вязкость;

Y—относительный сдвиг;

—

скорость деформации;

НВ

HV—твердость

по

Бринеллю

Виккерсу;

—

микротвердость;

—температура

плавления;

'кип—

температура кипения;

—температура

перехода

хрупкости;

'исп—

температура испытания;

.п—температура полиморфного превращения;

р—температура прокатки;

'зак

—

температура закалки;

?отж—температура отжига;

'рекр—

температура рекристаллизации;

т—абсолютная температура;

р—удельное электрическое сопротивление, мкОм-см;

г—отношение электросопротивлений

при

комнатной

гелие-

вой температурах.

РЕСУРСЫ

МЕТАЛЛОВ

Быстрое

мощное развитие науки

техники

в XX в.

привело

необ-

ходимости существенного расширения металлургической промышленно-

сти,

изыскания новых металлов

сплавов

особыми свойствами, значи-

тельного улучшения качества продукции,

что

связано

разработкой

но-

пых технологических процессов

ее

изготовления.

связи

резко

воз-

росшим

спросом

на

металлы началась интенсивная добыча

их из руд.

Это ведет

истощению ресурсов, поскольку количество металлов

в зем-

ной

коре ограничено (табл.

1).

АБ

ИЦА

ОРИЕНТИРОВОЧНОЕ

ЗЕМНОЙ КОРЕ

Атом-

ный

номер

Ме-

талл

Содержание,

ат.

(3,0)

1,9- Ю-

1,2-Ю-

2,4

2,0

6,6

1,4

2,0

Ю-

2,5.10-?

6-10-

—

3,2-10—

2,0

1,5-10—

3,2-Ю-

3,6-Ю-

1,5-10—

4-Ю-

7-10—

ыо-

6-Ю-

4-Ю-

2-Ю-

6-10—

(Ы0)-

1,7- Ю-

1,6-10-'

1,6-10—

(7,610-

)

(1,5-10—

)

7-10—

(5-10-

)

по массе

(0,15)

6,5-10—

6-10—

2,64

2,10

8,80

2,6

3,6

6-10—*

6-10-1

1,5-10-?

3,5-Ю-

9-10-?

5,10

3-10—

8-Ю-

МО-

5-Ю-

1,5-Ю-

5-Ю-

3,1-10—?

4-Ю-

2,8-Ю-

2-Ю-

МО-

3-10—

(5-10)-'

1-10-

1-10—в

МО-»

(5-10-5)

(МО-

)

4-Ю-

(4-1О-?)

СОДЕРЖАНИЕ

Атом-

ный

номер

Ме-

талл

Ва

Се

Рг

Та

МЕТАЛЛОВ

Содержание,

ат.

9,5-10-5

5,7-10-?

2,5-Ю-

6-Ю-

9-10-5

3,5-10—*

9-10-5

1,8-Ю-

1 -10-*

1-10-5

510—s

1,5-10-5

5-10—

8-10-»

3-10—s

1-10-5

5-10-5

1,8-10-5

•

Ю-

8,5-10-»

5-10-'

8,5-Ю-

Ю-

5-10-

7-10-'

(3-10-?)

1,6- Ю-

(1,7-10-в)

(2-10-")

9-Ю-

(5-10-")

7-10—5

(8-10—I

)

Ю-

по массе

7-10—*

5-10-2

1,8-10-»

4,5-Ю-

7-10-*

2,5-10—

7-Ю-

1.2-10—*

МО-»

1,5- Ю-*

4,5-10-*

1,3-10-*

4-10-*

8-10-5

10—*

1-10-*

3,2-10-*

2-10-*

М0-*

М0-'

5-10—в

М0-'

5-10-'

7-10—в

(3-10-

)

1,6- Ю-

(2-10-5)

(2-Ю-

)

•

10-и

(6-Ю-

»)

8- Ю-

(МО-

)

3-1О-

1-10-15

В настоящее время все металлы в большей или меньшей степени

стали дефицитными. Изыскание новых месторождений и использование

бедных руд не восполняют возросшее потребление. Поэтому повышаются

трудозатраты и цены на металлы. Возникло несоответствие

между

по-

треблением и добычей металлов. Так, в 1979 г. в капиталистических

странах потребление серебра составило

19500

т, а добыча

8300

т [2].

Сходное положение наблюдается и с другими металлами, поэтому

некоторые из них (серебро, олово, медь, никель, цинк) стали называть

исчезающими. Предварительными расчетами установлена такая возмож-

ность (табл. 2).

ТАБ Л

Металл

А1*

Си

Ц А 2.

Ежегод-

ный

при»

рост по-

требле-

ния,

1,3

5,1

3,4

2,5

4,0

1,5

2,0

2,7

10,6

ИНДЕКС

РЕСУРСОВ ВАЖНЕЙШИХ МЕТАЛЛОВ (ИРМ) [2]

Мировые

запасы,

млн.

1-10&

1170

308

123

5,4

0,2

775

147

4,9

ИРМ

при 10-

кратном

уве-

личении

запа-

сов

ИРМ

с учетом

50 %-HOii ре-

циркуляции

металлов

ИРМ

при

100 %-ной

рецир-

куляции,

на-

чиная

с 1990 г

число лет

109

112

267

222

127

319

101

104

117

256

152

—

598

135

170

212

165

328

416

255

—

* Бокситы;, запасы

других

руд (нефелины) значительно больше.

Из

данных табл. 2

следует,

что

даже

если

будут

найдены в 10 раз

большие запасы сырья, то обеспеченность им для производства метал-

лов увеличится всего в

2,5—3

раза. При среднестатистических темпах

роста потребления металлов сырья для изготовления некоторых из них

остается не более чем на сто лет. Запаса железных руд в

СССР

доста-

точно для выплавки

чугуна

в течение

150—250

лет [3]. Следовательно,

актуальнейшей проблемой в металлургии является использование вторич-

ного сырья. Однако оно отличается повышенным содержанием примесей.

Это приводит к необходимости; 1) углубленного изучения их влияния,

разработки мероприятий, нейтрализующих их действие; 2) изыскания и

совершенствования методов очистки металлов от примесей, являющихся

причиной

производственного брака на заводах-изготовителях и

выхода

из

строя изделий в процессе службы.

целью экономии сырья необходимо в ближайшее время разраба-

тывать процессы изготовления высококачественной продукции по безот-

ходной или малоотходной технологии, иначе в дальнейшем экономить

будет

нечего.