На что способен металл

Приведем примеры.

Обычный гвоздь во влажной среде быстро ржавеет, а ложка, сделанная из коррозионностойкой (нержавеющей) стали, продолжает блестеть, несмотря на ежедневные встречи с водой. Одни металлы легко взаимодействуют с кислотами, которые их разъедают, а другие металлы могут быть применены при изготовлении емкостей для хранения концентрированных кислот. Болт, нагретый до температуры 800—900°С, покрывается слоем окалины, т.е. металл, из которого изготовлен болт, при нагреве вступил в химическую реакцию с кислородом воздуха и окислился. Однако валки прокатного стана находятся в постоянном взаимодействии с прокатываемым металлом, имеющим температуру 1300°С, и поверхность валков остается чистой от окалины.

Еще большие температуры (до нескольких тысяч градусов) выдерживают без окисления металлы, из которых сделаны сопла ракет, а также выпускные клапаны обычного автобусного двигателя. Другими словами, металлам приходится взаимодействовать с самыми различными средами: горячими металлами и растворами, кислотами и жидкими газами, топливом и морской водой. В своей работе конструктор должен учитывать не только свойства различных металлов выдерживать воздействие химических сред и температуры, но и оказывать сопротивление в этих условиях эксплуатационным нагрузкам — выдерживать давление, не подвергаться повышенному изнашиванию, не ломаться, не выкрашиваться.

Почему упал плащ, повешенный на гвоздь? Согнулся гвоздь. А почему согнулся гвоздь? Потому что нагрузки оказались сильнее возможностей гвоздя сопротивляться изгибу.

Интересно, согнулся бы такой же гвоздь под тяжестью того же плаща, если бы гвоздь был изготовлен из другого металла, если вместо малоуглеродистой стали (именно из нее сделан гвоздь в действительности) применить сложнолегированную сталь ЗХ2В8Ф (из которой сделаны многие инструменты)? Конечно, гвоздь из такой дорогой стали выдержал бы. Это один из путей, по которому можно пойти при конструировании вешалки для плаща.

Однако есть и другой путь — взять гвоздь потолще из той же малоуглеродистой стали. Из примера с гвоздем можно сделать важный вывод: металлы обладают разными механическими свойствами, т. е. способностями по-разному сопротивляться различным механическим нагрузкам. Более того, правильный выбор металла для изготовления деталей машин позволяет экономить металл — возвращаясь к гвоздю для плаща, можно сказать, что совсем хорошим был бы гвоздь тонкий, но достаточно прочный. Конечно, экономические расчеты покажут, что изготавливать гвоздь из стали ЗХ2В8Ф нецелесообразно. Какие механические свойства металлов мы хорошо знаем, сталкиваясь с ними почти каждый день?

 Твердость.

Одна деталь легко царапает другую, а наоборот не получается, и мы говорим, что одна деталь тверже другой. Резец царапает стекло, а стекло царапает алюминиевую ложку. Так, перебирая партнеров в «царапающих парах», можно в первом приближении установить твердость многих материалов. Однако путь этот долгий, не дающий необходимой для- конструкторских расчетов точности. Поэтому испытания на твердость проводят на специальных приборах, точно оговаривая материал и форму внедряемого в испытуемый образец тела (называемого индентором и обычно являющегося шариком или алмазной пирамидкой), величину нагрузки и даже время нагружения. На чертежах деталей обычно указывают необходимую твердость, так как имеется почти прямая зависимость прочности от твердости: чем больше твердость, тем больше прочность.

Проведем эксперимент.

Возьмем две проволоки одного диаметра (равных сечений), но из разных материалов, например стальную и медную. Попытаемся разорвать обе проволоки попеременно. Если измерить силы, необходимые для разрушения проволок, то они окажутся разными. На основании эксперимента мы можем утверждать, что стальная проволока прочнее медной.