Бюджетирование – основы, функции, принципы, методы, пример

Построение бюджетирования на предприятии

• Полезные статьи
• Видео
• Новости
• Мероприятия
• Темы
• Релизы 1С
• Избранное

• Задачи и функции бюджетирования
• Построение системы бюджетирования
• Проектирование системы бюджетирования
• Создание структуры бюджета. Виды бюджетов

Широкий выбор технических решений и готовых методик. Бесплатный подбор подходящего ПО

Анализ текущего состояния автоматизации бюджетирования, рекомендации по ПО, плану, срокам, стоимости проекта

Настройка подсистемы бюджетирования в 1С под ваши бизнес-процессы.

В любом бизнесе, будь то небольшая фирма или крупная компания, имеется совокупность доходов и расходов, представленных потоками средств, которыми необходимо управлять и планировать их, отталкиваясь при этом от имеющихся на сегодня экономических показателей бизнес-деятельности. То есть здесь мы начинаем говорить о бюджетировании как о методе финансового планирования всех доходов и направлений расходования денежных средств для поддержки оптимальной пропорции между финансовыми и материальными ресурсами на основе таких плановых показателей, как объем продаж или производства, сметы затрат, плана капитальных вложений и т.п. Оптимизировать данный процесс помогают современные средства автоматизации бюджетирования.

Финансовое планирование осуществляется посредством составления финансовых планов разного назначения и содержания в зависимости от задач и объектов планирования. Его можно разделить по временным периодам:

• Долгосрочное/стратегическое – определяет основные цели организации, пути их достижения от 5-ти лет.
• Среднесрочное/тактическое – от 1 до 5 лет, устанавливает средства, требуемые для исполнения стратегических целей.
• Краткосрочное/оперативное – производится в текущем режиме (по сути это и есть бюджетирование).

Можно сказать, что бюджетирование на предприятии – это краткосрочное финансовое планирование, управление бюджетом, распределение во времени ресурсов и активов хозяйствующего субъекта.

Итогом бюджетирования является бюджет – документ с детальным планом деятельности фирмы на ближайшую перспективу, направленный на достижение цели организации. Срок, на который разрабатывается конкретный бюджет – бюджетный период, обычно 1 год.

Задачи и функции бюджетирования

• Оптимизация затрат;
• Согласование работу подразделений предприятия;
• Выявление направлений приносящих убытки или нуждающихся в развитии;
• Анализ финансовой деятельности предприятия в целом;
• Составление финансового прогноза;
• Укрепление дисциплины на предприятии и усиление мотивации сотрудников.

Исходя из этого, выделим основные функции бюджетирования:

Функция планирования – ищет пути распределения и использования ресурсов с учетом рыночной ситуации, предусматривает проблемы и риски, предлагает способы их решения.

Контроль и оценка результатов деятельности – анализ эффективности за счет сравнения плановых и фактически достигнутых результатов, анализ факторов, оказывающих влияние на конечный результат. Постоянный текущий контроль выполнения бюджета позволяет оперативно повлиять на ситуацию и принять меры для ее изменения.

Оценка эффективности работы и мотивация сотрудников – оценка результата работы менеджеров, а также основа для системы материального стимулирования сотрудников подразделения, оценка работы руководителей подразделения. Бюджетирование стимулирует сотрудников и руководителей к достижению поставленных целей, хотя может и иметь обратную сторону – если используется как средство принуждения сотрудников, не выполняющих плановые задания, может создать в коллективе атмосферу, не способствующую продуктивной работе и достижению целей организации.

Коммуникация между различными уровнями сотрудников – заключается в комбинации восходящих и нисходящих потоков информации. Сотрудники знают, что от них желает руководитель, понимают свои задачи, задачи каждого подразделения и всего предприятия в целом. Отделы, подразделения и филиалы предприятия координируют свою деятельность друг с другом в рамках бюджетирования для более четкой и слаженной работы, а также оптимизации деятельности предприятия в соответствии с поставленными целями.

• Нисходящие потоки информации – это утвержденные бюджеты, которые доводятся соответствующим подразделениям в виде плановых заданий.
• Восходящие потоки информации – это сведения, переданные от низовых организационных подразделений и их руководителей к руководителям и специалистам высшего уровня.

Таким образом, бюджетирование способствует поддержанию и усилению координации между подразделениями.

Средство обучения менеджеров – разработка и согласование бюджетов способствует изучению руководителями (менеджерами) особенностей деятельности своих подразделений, пониманию связи своих показателей работы с показателями других подразделений. Поэтому, постановка новых задач со стороны руководства ставит цель перед сотрудниками открывать для себя новые знания, чтобы применить в работе полученные навыки.

Построение системы бюджетирования

На каждом предприятии может быть своя специфика, поэтому единой модели бюджетирования не существует. В зависимости от целей предприятия и объекта планирования разрабатываются индивидуальные схемы, учитывающие специфику компании, ее финансовые возможности, при этом используются свои средства и свой инструментарий. Бюджетные мероприятия представляют собой замкнутый цикл, состоящий из планирования, исполнения, контроля, анализа и корректировки планов.

На этапе планирования происходит изучение текущих показателей деятельности предприятия, их выборка и анализ, группировка данных, и на их основании разрабатывается конкретный перечень направлений действий организации, составляется план для будущей их реализации, которому должно следовать предприятие, учитывающий возможные риски и пути сокращения этих рисков. Исходя из поставленных целей, определяются задачи на бюджетный период, проектируются бюджеты, анализируются, корректируются и утверждаются.

Проектирование системы бюджетирования

Проектирование системы бюджетирования, то есть финансовой структуры, зависит от специфики организации и ее масштаба.

Финансовая структура является основным элементом распределения полномочий, ответственности и мотивации по результатам деятельности компании, представляющая собой иерархическое дерево, которое состоит из центров финансовой ответственности (ЦФО). По каждому ЦФО составляется бюджет, и определяются финансово-экономические показатели его деятельности. Для создания проекта финансовой структуры необходимо изучить финансово-экономическую документацию, проанализировать взаимодействие отделов, подготовить сотрудников к внедрению на предприятии системы бюджетирования. Затем создается модель бюджетирования. В зависимости от видов операций и сферы деятельности создаются ЦФО, которые координируются ответственными лицами, задача которых, в свою очередь, контролировать статьи расходов и доходов, распределять финансовые потоки.

В бюджете учитываются не только финансовые показатели, но и натуральные, поэтому, помимо понятия финансовой структуры – ЦФО, можно выделить понятие Центр ответственности (ЦО), отражающий структуру управления в целом и представляющий собой центр принятия решения, который может и не контролировать финансовые показатели или контроль этих показателей не является основной функцией ЦО.

Рассмотрим пример структуры центров ответственности в организации.

• Центр принятия решения отвечает за принятие и организацию выполнения решения: учет, контроль, анализ и логистику. Это, например, управляющая компания всего предприятия, система управления подразделением, отделом, проектом.
• Центр учета отвечает за показатели учета – примером может служить бухгалтерия, отвечающая за достоверность, своевременность сбора информации и доставку учетных данных адресатам. В то же время бухгалтерия может быть не только Центром учета, но и Центром затрат.
• Центр контроляотвечает за периодичность контроля, своевременность обнаружения отклонений контролируемых показателей от нормы, следит изменением показателей. Например, Отдел технического контроля (ОТК) – это Центр контроля и одновременно Центр затрат.
• Центр анализа отвечает за разработку и функционирование системы анализа показателей деятельности предприятия, определяет отклонения показателей от плана, определяет зависимости между этими отклонениями и рассматривает тенденции в изменении показателей. Центр анализа должен своевременно передавать данные в соответствующий Центр логистики. Например, это может быть функцией отдела качества на предприятии. Аналитический, экономический, плановый отдел выступает как Центр анализа, при этом они также являются Центром затрат.
• Центр логистикиотвечает за показатели оптимального перемещения материальных и человеческих ресурсов в рамках деятельности предприятия и за его пределами (снабжение, сбыт), перераспределение ресурсов, в т.ч. людские ресурсы. Например, диспетчерские функции – создание норм распределения ресурсов, своевременность распределения и перераспределения ресурсов.

Так, вся фактическая информация в бюджеты поступает именно из Центров учета, а используется в Центрах контроля и анализа.

ЦФО можно охарактеризовать также по характеру расходования или, наоборот, принесения денсредств:

• Центр затрат – подразделения, отделы компании, отвечающие за затраты предприятия. К ним можно отнести и охранное предприятие, обслуживающее объекты предприятия, и административно-хозяйственные, финансовые службы, юридический отдел и т.п.
• Центр прибыли – филиалы, подразделения, отделы компании, отвечающие за формирование прибыли.
• Примером Центра Доходов может служить торговый отдел компании, отвечающий за продажу товаров, продукции, услуг и, соответственно, формирующий доходы предприятия.

Создание структуры бюджета. Виды бюджетов

Бюджет – это таблица, отражающая плановые и фактические показатели, описывающие динамику развития процессов предприятия по определенному направлению. В широком смысле – это доходы и расходы предприятия. Его разделы зависят от размера предприятия, вида деятельности, поэтому имеют свою структуру для каждой организации.

Построение бюджетирования предполагает создание различных видов бюджетов. Рассмотрим их виды:

• Операционный бюджет;
• Финансовый бюджет.

Операционный бюджет – текущий, оперативный – это части бюджета, детализирующие доходы и расходы по операциям, планируемым на предстоящий период. Он предназначен для управления текущей деятельностью предприятия, для контроля своевременности выполнения текущих операций. Структура бюджетов формируется в соответствии с ЦФО.

Наиболее часто на предприятиях разрабатываются следующие операционные бюджеты:

• Бюджет продаж – строится на основе прогноза объемов реализации. Он формируется на основании данных о подписанных договорах поставки товаров (продукции, выполнения работ, предоставления услуг). ЦФО – служба сбыта.
• Бюджет производства – составляется на основе бюджета продаж, спросом, с учетом производственных мощностей и количеством готовой продукции на складах прогнозируется объем производства продукции (выполнения работ, предоставления услуг).
• Бюджет прямых материальных затрат – определяет потребности предприятия в сырье, материалах, комплектующих, полуфабрикатах, на основании данных об объемах производства, нормативах затрат сырья на единицу производимой продукции, данных о запасах сырья, в натуральном и денежном выражении по каждой единице материала отдельно. ЦФО – производственные подразделения, отделы снабжения.
• Бюджет прямых затрат труда – расчет трат на привлечение трудовых ресурсов, занятых непосредственно в производстве, в натуральных (человеко-часах) и стоимостных показателях, на основании результатов расчета бюджетных объемов производства и норм оплаты труда. ЦФО – экономический отдел.
• Бюджет производственных затрат – расчет ведется на основании данных других бюджетов в соответствии с калькуляцией себестоимости.
• Бюджет общепроизводственных накладных расходов – отражает расходы и затраты, связанные с обслуживанием основного производства, в разрезе статей расходов: амортизация, электроэнергия, оплата труда и прочие общепроизводственные расходы, непосредственно относящиеся к производству продукции (выполнению работ, предоставлению услуг).
• Бюджет управленческих (общехозяйственных) расходов – включает планируемые показатели административных общехозяйственных накладных расходов в разрезе статей. Чаще всего это постоянные затраты организации.
• Бюджет коммерческих расходов – расчет накладных расходов на реализацию продукции, планируется в зависимости от объема продаж, большинство статей задаются в процентах к объему продаж, за исключением таких, как аренда складских помещений, реклама, транспортные услуги, оплата труда сотрудников коммерческой службы и других определяющихся спецификой деятельности предприятия.

При разработке форм бюджета для ЦФО необходимо учитывать специфику деятельности ЦФО. Формы должны обеспечивать возможность консолидации бюджетов без дополнительных затрат на адаптацию форм, так как одни бюджеты составляются самими ЦФО, затем объединяются и образуют бюджеты предприятия в целом, другие составляются на уровне предприятия, и данные, содержащиеся в них, находят отражение в бюджетах ЦФО.

Для финансового бюджета исходной информацией служат операционные бюджеты. Выделяют следующие виды финансовых бюджетов:

• Общий бюджет по балансу – прогноз баланса активов и пассивов, является завершающим этапом бюджетирования. Он представляет собой прогноз остатков по статьям баланса: дебиторская задолженность, денежные средства, запасы, внеоборотные активы, кредиторская задолженность и т. д.
• Бюджет доходов и расходов (прогнозный отчет о прибылях и убытках) – предназначен для планирования финансового результата за бюджетный период. Составляется на основании из данных операционных бюджетов – это данные об объеме реализации, себестоимости реализованной продукции, коммерческие, управленческие и другие расходы.
• Бюджет денежных средств (прогнозный отчет о движении денежных средств) – отражает прогнозную величину расходов. Его цель – обеспечение денежными ресурсами на любой момент совершения операций по деятельности предприятия. При его составлении проверяется реальность источников поступления средств, обоснованность расходов, определяется потребность в заемных средствах, а также определяется платежеспособность предприятия, возможность предприятия погасить текущие и иные обязательства, закупить новое оборудование для расширения деятельности и т.п.
• Инвестиционный бюджет (бюджет капитальных затрат) – бюджет планирования и управления долгосрочными инвестициями предприятия. Он определяет объекты инвестирования, объемы и сроков реальных инвестиций. При составлении бюджета инвестиций особое внимание уделяется расчету влияния новых инвестиций на финансовые результаты деятельности предприятия, величину его прибыли.

Итогом работы является составление общего бюджета – это обобщенный по всем подразделениям план работы предприятия в целом, объединяющий частные бюджеты и отражающий информацию для принятия и контроля управленческих решений в области финансового планирования. Как правило, общий бюджет составляется и утверждается на весь бюджетный период, обычно это один календарный год. При этом каждый из видов бюджетов внутри периода имеет разбивку на подпериоды.

Бюджетный процесс должен быть непрерывным. Завершающий этап бюджетного процесса – анализ и корректировка. Завершение анализа исполнения бюджета текущего года совпадает по времени с разработкой бюджета следующего года, поэтому анализ исполнения бюджета одновременно и начальная, и завершающая стадия бюджетного процесса.

Бюджетирование на предприятии: что включает и как организовать

Управлять ресурсами предприятия непросто. Нужно составлять финансовые планы, контролировать движение выручки и расходов, соотносить стратегические и управленческие решения с экономическим положением компании и многое другое. Менеджменту справиться с этими задачами помогает финансовое планирование и бюджетирование. Что из себя представляет данный процесс, какие бюджеты бывают и с чего начать бюджетирование на предприятии? Попробуем разобраться.

Основы бюджетирования на предприятии

Основная задача бюджетирования — обеспечить деятельность организации необходимыми ресурсами, в том числе финансовыми. Заключается оно в двух простых вещах: распределить имеющиеся ресурсы и спланировать новые поступления в будущем.

С глобальной точки зрения, бюджетирование помогает организации достичь стратегических целей и выиграть в конкурентной борьбе. Ведь когда у компании есть ресурсы, можно уверенно наращивать обороты, осваивать новые ниши, одним словом — развиваться. Поэтому к финансовому планированию в любой организации приступают только после разработки стратегии.

Когда известна стратегическая цель, финансовый отдел оценивает объем необходимых ресурсов для ее достижения и способы их привлечения.

Понятие финансовое планирование немного шире, чем бюджетирование (так как первое включает в себя второе).

• Финансовые планы определяют показатели, которых нужно достичь предприятию к определенному периоду.
• Бюджеты — конкретизируют экономические планы организации, распределяют ресурсы между подразделениями и позволяют оценить вклад каждого менеджера в успех компании.

Бюджетирование еще называют инструментом финансового планирования, учета и контроля доходов и расходов бизнеса. Ценность его в том, что система бюджетов позволяет анализировать прогнозируемые и фактические показатели не только по всей компании в целом, но и по отдельным подразделениям, проектам или центрам учета.

Обычно бюджетированию подлежат такие показатели:

• объем сбыта
• выручка, издержки, прибыль
• налоги, сборы и взносы в различные фонды
• кредитная нагрузка
• оборотные средства
• инвестиции и пр.

Какие бюджеты бывают

Финансовые планы и бюджеты составляют на разные промежутки времени. Они бывают:

• долгосрочные — от 1 года
• краткосрочные — на месяц, квартал, год.

Долгосрочное планирование определяет допустимые темпы расширения предприятия и повышение стоимости бизнеса. А краткосрочное — обеспечивает постоянную платежеспособность предприятия.

В плане последовательности — бюджеты формируют вначале для каждого подразделения, а потом сводят их в основной бюджет по предприятию. В Америке его называют Master Budget.

Схема бюджетирования предприятия

Рассмотрим, что входит в эти бюджеты и для чего они нужны.

1. 1. Операционное бюджетирование. Это, по сути, план деятельности предприятия на год. Сюда входят такие бюджеты:
   • бюджет продаж — в нем фиксируется, сколько товара предприятие планирует сбыть в течение месяца или квартала. Делается с разбивкой по видам и группам продукции. Помогает составить остальные бюджеты организации.
   • бюджет производства — позволяет корректировать объемы сбыта, производства и товарных запасов с учетом плана продаж.
   • бюджет затрат предприятия на оплату труда — учитывает как сдельную, так и фиксированную части зарплат.
   • бюджет коммерческих расходов — к ним относятся затраты на маркетинг, партнерские выплаты, транспорт и пр.
   • бюджет управленческих расходов — сюда входят выплаты налогов, коммунальных услуг, процентов по кредитам, содержание бухгалтерии и пр.
2. 2. Балансовый бюджет. Этот документ отражает планируемые суммы активов и пассивов на отчетный период.
3. 3. Финансовый бюджет. В нем указывают возможные источники денежных средств и то, как их планирует использовать компания. К нему также относятся:
   • инвестиционный бюджет — в документе запланированы вложения в развитие бизнеса, например, расходы на закупку нового оборудования или открытие нового филиала.
   • кассовый бюджет — это смета ожидаемых поступлений и расходов финансовых поступлений за отчетный период.

Еще бюджеты делят на фиксированные и гибкие. В первом случае финансовые показатели не пересматривают (фиксированный вид считается классической формой бюджетирования). Гибкие бюджеты можно корректировать.

В условиях неопределенности, компании практикуют средний вариант — «скользящие» бюджеты. Их обновляют каждый квартал. Пересчитывают плановые значения, что позволяет быстро реагировать на изменения экономики.

С чего начать бюджетирование на предприятии

Система бюджетирования на предприятии строится поэтапно. И начинается этот процесс далеко до формирования бюджетов, а как мы уже говорили — со стратегического планирования. Также основным условием для внедрения бюджетирования будет налаженная работа финансового департамента и четко обозначенные показатели работы всех подразделений компании.

Так выглядит подготовка к внедрению системы бюджетирования на предприятии:

1. Разработка стратегии

Стратегический план позволяет определить образ и цель деятельности предприятия на долгосрочную перспективу.

2. Финансовая структура организации

Необходимо понять, если ли она вообще и как функционирует. Если она в хаотическом состоянии, нужно организовать ее работу.

3. Показатели и отчетность

Определить показатели для ЦФО и подразделений, и как будет построена по ним отчетность.

4. Положение о бюджетировании

Организовать бюджетный регламент и связать его с учетной политикой организации.

5. Автоматизация бюджетирования на предприятии

К ней приступают, когда система бюджетирования налажена и работает без сбоев.

Как организовать систему бюджетирования по этапам — мы писали в статье «Разработка и внедрение бюджетирования на предприятии». В этот раз — рассмотрим самые сложные участки этой работы, которые стоит учесть перед формированием бюджетов.

• Анализ показателей за предыдущий период. Менеджеры подразделений собирают данные и сдают их в финансовый отдел для расчетов. Обычно финотдел запрашивает такие данные:
  • о полученной выручке, отгрузках, задолженностях — для регулярного анализа
  • данные по основным статьям расходов (прибыли и убытки, инвестиции, фонд заработной платы) — в конце бюджетного периода
  • другие данные по запросу.

Например, финотделу нужно рассчитать целесообразность инвестиций в расширение производства или закупку нового оборудования. У руководителя подразделения могут запросить показатели производительности труда на отдельной линии.

• Подбор показателей. Важно определить объем планируемых показателей, чтобы отчеты были не слишком объемными.
• Оперативное планирование. Вначале составляются краткосрочные бюджеты затрат по подразделениям.
• Контроль за исполнением бюджетов. Тут помогают четкие индикаторы и лимиты, описанные в финансовых планах.

Иногда сложности возникают на этапе согласования планов между отделами. Например, отдел закупок запрашивает детальный план у отдела поставок продукции, но тот не может оперативно его предоставить. Чтобы решить проблему, нужно согласовать между собой документы по каждому отделу, виду бюджета и сроки сдачи отчетности.

Что дает бюджетирование и кому это нужно

Считается, что финансовое планирование нужно только крупным компаниям, а небольшим фирмам достаточно вести учет доходов и расходов. Данный подход вполне оправдан. При небольших оборотах составление детальных финансовых планов может усложнить работу предприятия.

Но с ростом бизнеса управлять финансовыми потоками без бюджетов будет сложно — прибыль и убытки станут «непредсказуемыми». Бюджетирование в таком случае позволит не только навести порядок в имеющихся ресурсах, но и четко спрогнозировать их поступление в будущем.

А еще грамотно выстроенная система бюджетирования позволяет:

• руководству и инвесторам увидеть, как обстоят дела в подразделениях и развивается бизнес в целом
• эффективно управлять не только отдельными бизнесами, но и сочетанием разных видов деятельности
• менеджерам получить четкие критерии оценки их работы
• проверить достижимость целей и найти эффективные пути их реализации
• оптимизировать распределение ограниченных ресурсов
• согласовать деятельность всех структурных подразделений предприятия
• повысить мотивацию сотрудников на достижение показателей
• оценить запланированные и фактические результаты работы в конце отчетного периода.

Из недостатков — система бюджетирования трудоемкий процесс и понятна далеко не всем менеджерам. Иногда возникают трудности с выполнением планов, передачей информации от руководящих звеньев к линейным сотрудникам, что может демотивировать команду. Такие сбои происходят из-за непонимания сути бюджетирования, его пользы и элементарных основ построения системы бюджетов в компании.

Чтобы выстроить эффективную систему бюджетирования или подтянуть отдельные ее участки, предприятие может пригласить аутсорсинговую компанию. Привлеченные эксперты помогут выявить слабые места в экономике предприятия, скорректировать финансовые цели и показатели. Однако эксперты не смогут выстроить систему бюджетов без помощи штатных менеджеров и сотрудников. Поэтому как бы предприятие ни внедряло бюджетирование: с помощью аутсорса или своими силами — финансовое планирование будет эффективным, только если им будет заниматься обученный и квалифицированный персонал.

Механические, физические, химические и технологические свойства металлов

Механические свойства характеризуют способность материа­лов сопротивляться действию внешних сил. К основным механичес­ким свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Прочность — это способность материала сопротивляться раз­рушающему воздействию внешних сил.

Твердость — это способность материала сопротивляться вне­дрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться раз­рушению под действием динамических нагрузок.

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои раз­меры и форму после прекращения действия нагрузки.

Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под дей­ствием внешних сил без остаточных деформаций.

При статических испытаниях на растяжение определяют вели­чины, характеризующие прочность, пластичность и упругость мате­риала. Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l и диа­метром d. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 1, а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Напряжение σ — это отношение силы Р к площади поперечного сечения F, МПа:

Деформация характеризует изменение размеров образца под дей­ствием нагрузки, %:

где l₁ — длина растянутого образца.

Деформация может быть упру­гой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остаю­щейся после снятия нагрузки).

При испытаниях стоится диаграмма растяжения, представляющая собой зависимость напряжения от деформации. На рис. 1 приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения ис­пытаний определяются следующие характеристики механических свойств.

Предел упругости σ_у — это максимальное напряжение при кото­ром в образце не возникают пластические деформации.

Предел текучести σ_т — это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести σ_0,2 — напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %. Предел прочности (или временное сопротивление) σ_в — это на­пряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдержи­вает образец при испытании.

Относительное удлинение после разрыва δ — отношение при­ращения длины образца при растяжении к начальной длине l, %:

где l_к — длина образца после разрыва.

Рис. 1. Статические испытания на растяжение: а – схема испытания;

б – диаграмма растяжения

Относительным сужением после разрыва ψ называется умень­шение площади поперечного сечения образца, отнесенное к началь­ному сечению образца, %:

где F_к — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуе­мый образец твердого наконечника различной формы.

Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального закаленного шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается отпечаток. Число твердо­сти по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действую­щей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.

Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С). Вдавли­вание производится под действием двух нагрузок — предваритель­ной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000. 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.

В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырех­гранной пирамиды с углом при вершине 136°. Число твердости по Виккерсу HV определяется отношением приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка.

Ударная вязкость определяется работой A, затраченной на разрушение образца, отнесенной к площади его поперечною сече­ния F; Дж/м 2 :

Испытания проводятся ударом специального маятникового коп­ра. Для испытания применяется стандартный надрезанный образец, устанавливаемый на опорах копра. Маятник определенной массы наносит удар по стороне противоположной надрезу.

К физическим свойствам материалов относится плотность, тем­пература плавления, электропроводность, теплопроводность, магнит­ные свойства, коэффициент температурного расширения и др.

Плотностью называется отношение массы однородного матери­ала к единице его объема.

Это свойство важно при использовании материалов в авиационной и ракетной технике, где создаваемые кон­струкции должны быть легкими и прочными.

Температура плавления — это такая температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чем ниже температура плавления металла, тем легче протекают процессы его плав­ления, сварки и тем они дешевле.

Электропроводностью называется способность материала хоро­шо и без потерь на выделение тепла проводить электрический ток. Хорошей электропроводностью обладают металлы и их сплавы, осо­бенно медь и алюминий. Большинство неметаллических материалов не способны проводить электрический ток, что также является важ­ным свойством, используемом в электроизоляционных материалах.

Теплопроводность — это способность материала переносить теплоту от более нагретых частей тел к менее нагретым. Хорошей теплопроводностью характеризуются металлические материалы.

Магнитными свойствами т.е. способностью хорошо намагничи­ваться обладают только железо, никель, кобальт и их сплавы.

Коэффициенты линейного и объемного расширения характеризу­ют способность материала расширяться при нагревании. Это свой­ство важно учитывать при строительстве мостов, прокладке желез­нодорожных и трамвайных путей и т.д.

Химические свойства характеризуют склонность материалов к взаимодействию с различными веществами и связаны со способнос­тью материалов противостоять вредному действию этих веществ. Способность металлов и сплавов сопротивляться действию различ­ных агрессивных сред называется коррозионной стойкостью, а аналогичная способность неметаллических материалов — химической стойкостью.

К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаро­стойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др.

Жаростойкость характеризует способность металлического ма­териала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаропрочность характеризует способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре.

Износостойкость — это способность материала сопротивлять­ся разрушению его поверхностных слоев при трении.

Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ядерного облучения.

Технологические свойства определяют способность материалов подвергаться различным видом обработки. Литейные свойства харак­теризуются способностью металлов и сплавов в расплавленном состоя­нии хорошо заполнять полость литейной формы и точно воспроизво­дить ее очертания (жидкотекучестъю), величиной уменьшения объема при затвердевании (усадкой), склонностью к образованию трещин и пор, склонностью к поглощению газов в расплавленном состоянии. Ковкость — это способность металлов и сплавов подвергаться различ­ным видам обработки давлением без разрушения. Свариваемость опре­деляется способностью материалов образовывать прочные сварные сое­динения. Обрабатываемость резанием определяется способностью материалов поддаваться обработке режущим инструментом.

Теория сплавов

Металлическим сплавом называется материал, полученный сплавлением двух или более металлов или металлов с неметаллами, обла­дающий металлическими свойствами. Вещества, которые образуют сплав называются компонентами.

Фазой называют однородную часть сплава, характеризующуюся определенными составом и строением и отделенную от других частей сплава поверхностью раздела. Под структурой понимают форму размер и характер взаимного распо­ложения фаз в металлах и сплавах. Структурными составляющими называют обособленные части сплава, имеющие одинаковое строе­ние с присущими им характерными особенностями.

Виды сплавов по структуре. По характеру взаимодействия ком­понентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механи­ческие смеси, химические соединения и твердые растворы.

Механическая смесь двух компонентов А и В образуется, если они не способны к взаимодействию или взаимному растворению. Каждый компонент при этом кристаллизуется в свою кристалличес­кую решетку. Структура механических смесей неоднородная, состо­ящая из отдельных зерен компонента А и компонента В. Свойства механических смесей зависят от количественного соотношения ком­понентов: чем больше в сплаве данного компонента, тем ближе к его свойствам свойства смеси.

Химическое соединение образуется когда компоненты сплава А и В вступают в химическое взаимодействие. При этом при этом соотношение чисел атомов в соединении соответствует его химичес­кой формуле А_mВ_n . Химическое соединение имеет свою кристалли­ческую решетку, которая отличается от кристаллических решеток компонентов. Химические соединения имеют однородную структу­ру, состоящую из одинаковых по составу и свойствам зерен.

При образовании твердого раствора атомы одного компонента входят в кристаллическую решетку другого. Твердые растворы заме­щения образуются в результате частичного замещения атомов крис­таллической решетки одного компонента атомами второго (рис. 6, б).

Твердые растворы внедрения образуются когда атомы растворенного компонента внедряются в кристаллическую решетку компонента -растворителя (рис. 6, в). Твердый раствор имеет однородную струк­туру, одну кристаллическую решетку. В отличие от химического соединения твердый раствор существует не при строго определен­ном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Обо­значают твердые растворы строчными буквами греческого алфавита: α, β, γ, δ и т. д.

Диаграмма состояния

Диаграмма состояния показывает строе­ние сплава в зависимости от соотношения компонентов и от темпера­туры. Она строится экспериментально по кривым охлаждения спла­вов (рис. 8). В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не при постоянной температуре, а в интервале температур. Поэтому на кривых охлаждения сплавов имеется две критические точки. В верхней критической точке, называемой точкой ликвидус (t_л), начина­ется кристаллизация. В нижней критической точке, которая называ­ется точкой солидус (t_c), кристаллизация завершается. Кривая охлаж­дения механической смеси (рис. 8, а) отличается от кривой охлаждения твердого раствора (рис. 8, б) наличием горизонтального участка. На этом участке происходит кристаллизация эвтектики.

Эвтектикой на­зывают механическую смесь двух фаз, одновременно кристаллизовав­шихся из жидкого сплава. Эвтектика имеет определенный химичес­кий состав и образуется при постоянной температуре.

Диаграмму состояния строят в координатах температура-концен­трация. Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазо­вых состояний. Вид диаграммы зависит от того, как взаимодейству­ют между собой компоненты. Для построения диаграммы состояния используют большое количество кривых охлаждения для сплавов раз­личных концентраций. При построении диаграммы критические точ­ки переносятся с кривых охлаждения на диаграмму и соединяются линией. В получившихся на диаграмме областях записывают фазы или структурные составляющие. Линия диаграммы состояния на ко­торой при охлаждении начинается кристаллизация сплава называется линией ликвидус, а линия на которой кристаллизация завершается — линией солидус.

Виды диаграмм состояния

Диаграмма состояния сплавов, обра­зующих механические смеси (рис. 9), характеризуется отсутствием растворения компонентов в твердом состоянии. Поэтому в этом спла­ве возможно образование трех фаз: жидкого сплава Ж, кристаллов А и кристаллов В. Линия АСВ диаграммы является линией ликвидус: на участке АС при охлаждении начинается кристаллизация компонента А, а на участке СD — компонента В. Линия DСВ является линией солидус, на ней завершается кристаллизация А или В и при постоян­ной температуре происходит кристаллизация эвтектики Э. Сплавы концентрация которых соответствует точке С диаграммы называются эвтектическими, их структура представляет собой чистую эвтектику.

Сплавы, расположенные на диаграмме левее эвтектического, называ­ются доэвтектическими, их структура состоит из зерен А и эвтекти­ки. Те сплавы которые на диаграмме расположены правее эвтектичес­кого, называются заэвтектическими, их структура представляет собой зерна В, окруженные эвтектикой.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимос­тью компонентов в твердом состоянии изображена на рис. 10. Для этого сплава возможно образование двух фаз: жидкого сплава и твер­дого раствора а. На диаграмме имеется всего две линии, верхняя является линией ликвидус, а нижняя — линией солидус.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии показана на рис 11. В этом сплаве могут существовать три фазы — жидкий сплав, твердый раствор α компонента В в компоненте А и твердый раствор β компонента А в компоненте В. Данная диаграмма содержит в себе элементы двух пре­дыдущих. Линия АСВ является линией ликвидус, линия АDСЕВ — линией солидус. Здесь также образуется эвтектика, имеются эвтек­тический, доэвтектический и заэвтектический сплавы. По линиям FD и EG происходит выделение вторичных кристаллов α_IIи β_II(вслед­ствие уменьшения растворимости с понижением температуры). Про­цесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы называется вторичной кристаллизацией.

Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соеди­нение (рис. 12) характеризуется наличием вертикальной линии, соот­ветствующей соотношением компонентов в химическом соединении А_mВ_n. Эта линия делит диаграмму на две части, которые можно рас­сматривать как самостоятельные диаграммы сплавов, образуемых одним из компонентов с химическим соединением. На рис. 12 изоб­ражена диаграмма для случая, когда каждый из компонентов образу­ет с химическим соединением механическую смесь.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Свойства металлов

Металлы, это группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и металлический блеск. В данной статье все свойства металлов будут представлены в виде отдельных таблиц.

Свойства металлов

Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.

Физические свойства металлов

К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, теплоемкость, расширяемость при нагревании.

Удельный вес металла — это отношение веса однородного тела из металла к объему металла, т.е. это плотность в кг/м 3 или г/см 3 .

Плавкость металла — это способность металла расплавляться при определенной температуре, называемой температурой плавления.

Электропроводность металлов — это способность металлов проводить электрический ток, это свойство тела или среды, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля. Под электропроводностью подразумевается способность проводить прежде всего постоянный ток (под воздействием постоянного поля), в отличие от способности диэлектриков откликаться на переменное электрическое поле колебаниями связанных зарядов (переменной поляризацией), создающими переменный ток.

Магнитные свойства металлов характеризуются: остаточной индукцией, коэрцетивной силой и магнитной проницаемостью.

Теплопроводность металлов — это их способность передавать тепло от более нагретых частиц к менее нагретым. Теплопроводность металла определяется количеством теплоты, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1см 2 , длиной 1см в течение 1сек. при разности температур в 1°С.

Теплоемкость металлов — это количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус. Отношение количества теплоты, поглощаемой телом при бесконечно малом изменении его температуры, к этому изменению единицы массы вещества (г, кг) называется удельной теплоёмкостью, 1 моля вещества — мольной (молярной).

Расширяемость металлов при нагревании.Все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Степень увеличения или уменьшения первоначального размера металла при изменении температуры на один градус характеризуется коэффициентом линейного расширения.

Химические свойства металлов

К химическим — окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

Механические свойства металлов

К механическим — прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочностью металла называется его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Твердостью металлов называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.

Упругость металлов — свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызвавших изменение формы (деформацию).

Вязкость металлов — это способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость — свойство обратное хрупкости.

Пластичность металлов — это свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность—свойство обратное упругости.

Технологические свойства металлов

К технологическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием.

Прокаливаемость металлов – это их способность получать закаленный слой определенной глубины.

Жидкотекучесть металлов — это свойство металла в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить ее очертания в отливке.

Ковкость металлов —это технологическое свойство, характеризующее их способность к обработке деформированием, например, ковкой, вальцеванием, штамповкой без разрушения.

Свариваемость металлов — это их свойство образовывать в процессе сварки неразъемное соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией производимого изделия.

Обрабатываемость металлов резанием — это их способность изменять геометрическую форму, размеры, качество поверхности за счет механического срезания материала заготовки режущим инструментом. Обрабатываемость металлов зависит от их механических свойств, в первую очередь прочности и твердости.

Современными методами испытания металлов являются механические испытания, химический анализ, спектральный анализ, металлографический и рентгенографический анализы, технологические пробы, дефектоскопия. Эти испытания дают возможность получить представление о природе металлов, их строении, составе и свойствах, а также определить качество готовых изделий.

Таблицы свойств металлов

Таблица «Свойства металлов: Чугун, Литая сталь, Сталь»

1. Предел прочности на растяжение
2. Предел текучести (или Rp 0,2);
3. Относительное удлинение образца при разрыве;
4. Предел прочности на изгиб;
5. Предел прочности на изгиб приведен для образца из литой стали;
6. Предел усталости всех типов чугуна, зависит массы и сечения образца;
7. Модуль упругости;
8. Для серого чугуна модуль упругости уменьшается с увеличением напряжения растяжения и остается практически постоянным с увеличением напряжения сжатия.

Таблица «Свойства пружинной стали»

1. Предел прочности на растяжение,
2. Относительное уменьшение поперечного сечения образца при разрыве,
3. Предел прочности на изгиб;
4. Предел прочности при знакопеременном циклическом нагружении при N ⩾ 10 7 ,
5. Максимальное напряжение при температуре 30°С и относительном удлинении 1 2% в течение 10 ч; для более высоких температур см. раздел «Способы соединения деталей»;
6. 480 Н/мм 2 для нагартованных пружин;
7. Приблизительно на 40% больше для нагартованных пружин

Таблица «Свойства кузовных тонколистовых металлов»

Таблица «Свойства цветных металлов»

1. Модуль упругости, справочные данные;
2. Предел прочности на растяжение;
3. Предел текучести, соответствующий пластической деформации 0,2%;
4. Предел прочности на изгиб;
5. Наибольшая величина;
6. Для отдельных образцов

Таблица «Свойства легких сплавов»

1. Предел прочности на растяжение;
2. Предел текучести, соответствующий пластической деформации 0,2%;
3. Предел прочности на изгиб;
4. Наибольшая величина;
5. Показатели прочности приведены для образцов и для отливок;
6. Показатели предела прочности на изгиб приведены для случая плоского нагружения

Таблица «Металлокерамические материалы (PM) 1) для подшипников скольжения»

1. В соответствии со стандартом DIN 30 910,1990 г. издания;
2. Применительно к подшипнику 10/16 г 10;
3. Углерод содержится, главным образом, в виде свободного графита;
4. Углерод содержится только в виде свободного графита

Таблица «Свойства металлокерамических материалов (РМ) 1 для конструкционных деталей»

1. В соответствии со стандартом DIN 30 910,1990 г. издания;

Магнитные материалы

Таблица «Свойства магнитомягких материалов»

1. Данные относятся только к магнитным кольцам.

Магнитомягкие металлы

Таблица «Свойства магнитной листовой и полосовой стали»

Материалы для преобразователей и электрических реакторов

Магнитная проницаемость листового сердечника для классов сплавов С21, С22, Е11, Е31 и Е41 для секции тонколистового сердечника EY11

Материалы для реле постоянного тока

Таблица «Свойства материалов для реле постоянного тока»

1. Нормируемые величины

Металлокерамические материалы для магнитомягких компонентов

Таблица «Свойства металлокерамических материалов для магнитомягких компонентов»

Магнитомягкие ферриты

Таблица «Свойства магнитомягких ферритов»

1. Нормируемые величины;
2. Потеря материалом магнитных свойств в зависимости от частоты при низкой плотности магнитного потока (В Эта статья размещена в главе Материалы для автомобилестроения и называется Свойства металлов. Добавьте в закладки ссылку.

Добавить комментарий Отменить ответ

Главы

• Энциклопедия техники (19)
• История автомобиля (20)
• Полезные советы (3)
• Действующие единицы (1)
• Законы физики в автомобиле (15)
• Математическое моделирование в автомобилестроении (3)
• Материалы для автомобилестроения (10)
• Рабочие жидкости (5)
• Детали машин (6)
• Способы соединения деталей (8)
• Физика автомобиля (10)
• Двигатели внутреннего сгорания (24)
• Диагностика двигателя (8)
• Нормы контроля и диагностики токсичности отработавших газов (17)
• Системы управления бензиновыми двигателями (11)
• Работа двигателя на альтернативных видах топлива (2)
• Системы управления дизельными двигателями (9)
• Альтернативные виды приводов (3)
• Трансмиссия (47)
• Системы шасси (18)
• Управление шасси и активная безопасность (6)
• Кузова автомобилей (10)
• Пассивная безопасность (1)
• Системы охраны автомобилей (1)
• Охранные автомобильные системы (1)
• Электрооборудование автомобилей (11)
• Свечи зажигания автомобилей (6)
• Автомобильная электроника (21)
• Системы комфорта и удобства (2)
• Пользовательские интерфейсы (3)
• Системы повышения безопасности дорожного движения (7)

О справочнике

За последние время автомобилестроение превратилось в чрезвычайно сложную отрасль. Все труднее и труднее становится представить всю отрасль в целом, и еще сложнее постоянно следить за направлениями, которые важны для автомобилестроения. Многие из этих направлений подробно описаны в специальной литературе. Тем не менее, для тех, кто впервые сталкивается с данными темами, имеющаяся специальная литература не представляется легкой и тяжело усваивается в ограниченные сроки. В этой связи этот «Автомобильный справочник» будет очень кстати. Он структурирован таким образом, чтобы быть понятным даже для тех читателей, которые впервые встречаются с каким-либо разделом. Наиболее важные темы, относящиеся к автомобилестроению, собраны в компактном, простом для понимания и удобном с практической точки зрения виде.

Свойства металлов: химические, физические, технологические

Содержание:

Не секрет, что все вещества в природе делятся на три состояния: твердые, жидкие и газообразные. А твердые вещества в свою очередь делятся на металлы и неметаллы, разделение это нашло свое отображение и в таблице химических элементов великого химика Д. И. Менделеева. Наша сегодняшняя статья о металлах, занимающих важное место, как в химии, так и во многих других сферах нашей жизни.

К слову лом цветных и черных металлов всегда высоко ценился на рынке вторичной переработке. Последнее время цена на него постоянно растет. Узнайте актуальные цены, по которым можно сдать металлолом: https://citylom.ru

Химические свойства

Все мы, так или иначе, но сталкиваемся с химией в нашей повседневной жизни. Например, во время приготовления еды, растворение поваренной соли в воде является простейшей химической реакцией. Вступают в разнообразные химические реакции и металлы, а их способность реагировать с другими веществами это и есть их химические свойства.

Среди основных химических свойств или качеств металлов можно выделить их окисляемость и коррозийную стойкость. Реагируя с кислородом, металлы образуют пленку, то есть проявляют окисляемость.

Аналогичным образом происходит и коррозия металлов – их медленное разрушение по причине химического или электрохимического взаимодействия. Способность металлов противостоять коррозии называется их коррозийной стойкостью.

Физические свойства

Среди основных общих физических свойств металлов можно выделить:

• Плавление.
• Плотность.
• Теплопроводность.
• Тепловое расширение.
• Электропроводность.

Важным физическим параметром металла является его плотность или удельный вес. Что это такое? Плотность металла – это количество вещества, которое содержится в единице объема материала. Чем меньше плотность, тем металл более легкий. Легкими металлами являются: алюминий, магний, титан, олово. К тяжелым относятся такие металлы как хром, марганец, железо, кобальт, олово, вольфрам и т. д. (в целом их имеется более 40 видов).

Способность металла переходить из твердого состояния в жидкое, именуется плавлением. Разные металлы имеют разные температуры плавления.

Скорость, с которой в металле проводится тепло при нагревании, называется теплопроводностью металла. И по сравнению с другими материалами все металлы отличаются высокой теплопроводностью, говоря по-простому, они быстро нагреваются.

Помимо теплопроводности все металлы проводят электрический ток, правда, некоторые делают это лучше, а некоторые хуже (это зависит от строения кристаллической решетки того или иного металла). Способность металла проводить электрический ток называется электропроводностью. Металлы, обладающие отличной электропроводностью, это золото, алюминий и железо, именно поэтому их часто используют в электротехнической промышленности и приборостроении.

Механические свойства

Основными механическими свойствами металлов является их твердость, упругость, прочность, вязкость и пластичность.

При соприкосновении двух металлов могут образоваться микро вмятины, но более твердый металл способен сильнее противостоять ударам. Такая сопротивляемость поверхности металла ударам извне и есть его твердость.

Чем же твердость металла отличается от его прочности. Прочность, это способность металла противостоять разрушению под действием каких-либо других внешних сил.

Под упругостью металла понимается его способность возвращать первоначальную форму и размер, после того как нагрузка, вызвавшая деформацию металла устранена.

Способность металла менять форму под внешним воздействием называется пластичностью.

Технологические свойства

Технологические свойства металлов и сплавов важны в первую очередь при их производстве, так как от них зависит способность подвергаться различным видам обработки с целью создания разнообразных изделий.

Среди основных технологических свойств можно выделить:

• Ковкость.
• Текучесть.
• Свариваемость.
• Прокаливаемость.
• Обработку резанием.

Под ковкостью понимается способность металла менять форму в нагретом и холодном состояниях. Ковкость метала, была открыта еще в глубокой древности, так кузнецы, занимающиеся обработкой металлических изделий, превращением их в мечи или орала (в зависимости от потребности) на протяжении многих веков и исторических эпох были одной из самых уважаемых и востребованных профессий.

Способность двух металлических сплавов при нагревании соединяться друг с другом называют свариваемостью.

Текучесть металла тоже очень важна, она определяет способность расплавленного метала растекаться по заготовленной форме.

Свойство металла закаливаться называется прокаливаемостью.

Интересные факты

• Самым твердым металлом на Земле является хром. Этот голубовато-белый метал был открыт в 1766 году под Екатеринбургом.
• И наоборот, самыми мягкими металлами являются алюминий, серебро и медь. Благодаря своей мягкости они нашли широкое применение в разных областях, например, в электроаппаратостроении.
• Золото – которое на протяжении веков было самим драгоценным металлом имеет и еще одно любопытное свойство – это самый пластичный металл на Земле, обладающий к тому же отличной тягучестью и ковкостью. Также золото не окисляется при нормальной температуре (для этого его нужно нагреть до 100С), обладает высокой теплопроводностью и влагоустойчивостью. Наверняка все эти физические характеристики делают настоящее золото таким ценным.
• Ртуть – уникальный металл, прежде всего тем, что он единственный из металлов, имеющий жидкую форму. Причем в природных условиях ртути в твердом виде не существует, так как ее температура плавления -38С, то есть в твердом состоянии она может существовать в местах, где просто таки очень холодно. А при комнатной температуре 18С ртуть начинает испаряться.
• Вольфрам интересен тем, что это самый тугоплавкий металл в мире, чтобы он начал плавиться нужна температура 3420С. Именно по этой причине в электрических лампочках нити накаливания, принимающие основной тепловой удар, изготовлены из вольфрама.

Видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

Механические свойства металлов и сплавов: общий взгляд

Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.

Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень. чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств. Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.

Основные механические свойства

К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твердость, ударную вязкость и упругость. Большинство показателей механических свойств определяют экспериментально растяжением стандартных образцов на испытательных машинах.

Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него внешних сил.

Пластичность — способность металла необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешних и внутренних сил без разрушения.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Твердость определяют с помощью твердомеров внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла). Чем меньше размер отпечатка, тем больше твердость испытуемого металла. Например, углеродистая сталь до закалки имеет твердость 100 . . . 150 НВ () , а после закалки — 500 . . . 600 НВ.

Ударная вязкость — способность металла сопротивляться действию ударных нагрузок. Эта величина, обозначаемая КС (Дж/см2 или кгс • м/см ), определяется отношением механической работы А, затраченной на разрушение образца при ударном изгибе, к площади поперечного сечения образца.

Упругость — способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил. Эта величина характеризуется модулем упругости Е (МПа или кгс/мм2), который равен отношению напряжения а к вызванной им . Высокой упругостью должны обладать стали и сплавы для изготовления рессор и пружин.

Таблица.1. Механические свойства основных промышленных сплавов

Сталь малоуглеродистая (мягкая)

Котельное железо трубы, котлы

Сталь среднеуглеродистая (средней твердости)

Оси, шатуны, валы, рельсы

Сталь твердая после закалки и отпуска

Инструмент ударный и режущий

Детали, работающие на истирание и подверженные коррозии

Детали, изготовленные горячей штамповкой

Детали в авиастроении и автостроении

Основные механические свойства металлов

Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:

— Прочность — означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.

— Твердость (часто путают с прочностью) — характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.

— Упругость — означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.

— Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) — также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.

— Стойкость к трещинам — под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.

— Вязкость или ударная вязкость — антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.

— Износостойкость — способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.

— Жаростойкость — длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.

— Усталость — время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.

Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.

Механические свойства металлов

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин).

В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала.

Оценка свойств

При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.

1. Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
2. Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной.
3. Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Физические свойства металлов

Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.

Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства — те что проявляется в покое, механические — только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла «прочность» может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют «закалку» и «старение»). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.

Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.

В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?

Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.

Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции. Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя «шов» под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции. Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла.

Конструкторская прочность металлов

Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:

• критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуатации (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микронесплошности сильно меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;
• критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление коррозии и т. д.).

Критерии оценки

Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина , дефектов технологии изготовления и конструирования металлоизделий и т. д.

Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.

Как определить механические свойства?

Экспериментальным путем. Среди основных методов определения механических свойств металлов можно выделить:

— испытания на растяжение;

— метод вдавливания по Бринеллю;

— определение твердости металла по Роквеллу;

— оценка твердости по Виккерсу;

— определение вязкости с помощью маятникового копра;

Механические свойства имеют весьма серьезное значение. Их знание позволяет использовать металлы и их сплавы с наибольшей эффективностью и отдачей.

Свойства металлов – химические, физические, механические

Когда-то пресловутая фраза «люди гибнут за сталь» была символом важности данного материала в жизни людей. Да и сегодня он не потерял своей актуальности. Он активно используется в самых разных областях жизнедеятельности человека, начиная со строительства и производства высокотехнологичных изделий, заканчивая предметами роскоши и украшениями. По этой причине свойства интенсивно исследовались и сейчас изучаются ведущими умами и крупнейшими корпорациями.

Что же это такое?

На сегодняшний день известно огромное количество различных металлов. Каждый из них обладает определенными характеристиками, отличающим его от других химических элементов или материалов. Может ли стекло быть прочнее стали? Кажется вопрос глупый и ответ на него более чем однозначный – нет. Но те, кто думает, что стекло материал хрупкий, ошибаются и не знают современных технологий сжатия стекла, которые делают его в 7 раз крепче стали. Поэтому, если выбираете стеклянные банки от производителя, стоит об этом знать.

Однако существуют определенные признаки, которые однозначно говорят, что мы имеем дело с металлическим компонентом:

1. Высокая теплопроводность и низкое электрическое сопротивление. Другие составы не обладают таким сочетанием. К примеру, графит проводит электричество, но не тепло.
2. Присутствие блеска в области излома.
3. Подверженность ковке.
4. Кристаллы в структуре.

Какие виды встречаются?

Свойства металлов во многом зависят от того, к какому виду тот или иной ингредиент относится. В этом ракурсе стоит выделить черные и цветные компоненты.

Чермет

Данная группа считается самой распространенной и востребованной в объемном ракурсе. Свое название они получили благодаря своему цвету – темному. При этом отличительной особенностью черных руд считается низкая стоимость.

В свою очередь, классифицируется на:

• железные – сюда стоит отнести железосодержащие материалы и основы, а также никелевые и кобальтовые сплавы;
• тугоплавкие основания для сплавов (имеют температуру плавления равную или превышающую 1600 градусов Цельсия, что является достаточно высоким показателем);
• низкопрочностные редкоземельные элементы, такие как церий, неодим и другие (активно используются в производстве микроэлектроники).

Цветмет

Принято считать, что эта группа элементов отличается меньшими прочностными характеристиками, температурой плавления, устойчивостью к механическим нагрузкам, но более солидной стоимостью. Понятно, что по всем этим позициям встречаются исключения.

Цветные ранжируют на следующие категории:

1. Легкие – литий, натрий и так далее. Они характеризуются небольшой плотностью – до 5 тонн на метр кубический. Это всего в 5 раз больше воды.
2. Тяжелые – свинец, серебро, золото. Их плотность в разы выше легких.
3. Благородные – те же золото и серебро, а также платина, плутоний.

Также поделить «цветные» разновидности можно на тугоплавкие и легкоплавкие.

Сплавы – основная форма представления

В чистом виде подобного рода элементы в природе и жизнедеятельности человека не встречаются. Да и без примесей они не просто неустойчивы, но бесполезны. Даже золотые и серебряные мерные слитки в банках имеют определенный процент добавок, в том числе и для увеличения прочностных характеристик. Кстати, они в буквальном смысле меняются кардинальным образом от варианта метсплава.

Физические свойства металлов

В данном случае речь идет о различных визуальных аспектах, а также параметрах, связанных с физикой. Можно привести сравнительную таблицу:

На практике знание физических свойств металла описывает сферу использования того или иного мономатериала. В частности, электропроводность определяет область применения в электронике, как вариант, германий – полупроводники, серебро – дорожки микросхем.

К физ. характеристикам также относят цветопередачу – зрительный параметр, который может изменяться под воздействием различных факторов, например, температуры или наличия-отсутствия защитного покрытия. Многие цвета, кстати, были названы в честь хим. элементов – золотой, серебристый, медный и так далее.

Химические свойства металлов

Таблица Менделеева на треть состоит из рассматриваемых в данной статье моноэлементов. С практической точки для обывателя, да и специалиста, эти аспекты определяют их взаимодействие с окружающими агрессивными средами, такими как реагенты из воздушной массы, влажность, перепады температурных показателей, как суточных, так и годовых.

В этом ракурсе металлопозиции утрировано разделяются на следующие группы:

1. Активные. В качестве примеров можно привести литий, калий, барий, кальций, натрий.
2. Среднеактивные – магний, алюминий, марганец, цинк, хром, железо, никель, серебро.
3. Малоактивные. Речь идет о меди, золотых слитках, платине и иных инертных компонентах.

Соединение с простыми веществами

Самым популярным в мире соединением, которое формируется между двумя одинаковыми элементами – это, безусловно, оксид. Ярким примером, который считается весьма распространенным и не очень приятным с практической точки зрения, считается окись железа – ржавчина (каждый из нас сталкивался с коррозионными процессами):

2FE + O₂ = 2FEO.

Важно знать, что благородные металлоэлементы, такие как серебро, золото и платина, оксиды в обычных условиях не образуют. Это и является одной из основных причин их высокой стоимости.

О взаимодействии с галогенами (фтором, хлором и другими позициями, которые присутствуют в окружающей среде) также не стоит забывать. Вариант: образование солей:

2Na + Cl₂ = 2 NaCl.

Реакции со сложными соединениями

Здесь в первую очередь необходимо отметить взаимодействие щелочей с водой. Такие реакции всегда сопровождаются выделение водорода, что на практике чревато формированием взрывоопасной среды.

Среднеактивные также могут реагировать с H2O. Однако происходит это при достаточно высоких температурах, поэтому в обычных условиях повышения концентрации водорода не стоит.

Механические свойства металлов

Данные сведения не рассматриваются как расчетные величины. Они определяются в процессе экспериментальных изысканий, в частности, деформации заготовок на растяжение и сжатие с применением специализированного оборудования.

Основными называют:

1. Прочность. Под этим аспектом принято понимать способность сохранять кристалическую целостность под воздействием мех. нагрузок различного типа, как статических, так и динамических, в том числе ударного формата. Чем прочнее монометалл, тем он долговечнее в тех конструкциях, где материал подвергается серьезным перегрузкам. Особенно это бывает актуально в тех областях, где от прочностных показателей зависит жизнь и здоровье человека, например, на транспорте.
2. Пластичность – характеристика, отражающая потенциал того или иного моноэлемента либо сплава под усилиями от внешних сил изменять свою геометрию и объем. При этом, опять же, физического разрушения кристаллической решетки не должно быть.
3. Твердость. Понятно, что подавляющее большинство металлических брусков руками не проверишь – для железа и алюминия ощущения будут одинаковыми. Для этого используются специальные приспособления – приборы Бриннеля или изобретение Роквелла. В первом случае в образец пытаются «впихнуть» сильнозакаленный шар, во втором – алмазную пирамиду. По размеру следа от давления и устанавливается плотность того или иного состава.

Здесь важно понимать, что прочность и твердость – это разные механические свойства металлов, порой, даже не взаимозначимые. Твердые образцы могут быть хрупкими.

1. Ударная вязкость. Как следует из названия речь идет о возможности противостоять нагрузкам при целенаправленных ударах. Измеряется в джоулях на сантиметр кубический.
2. Упругость. Под действием различного рода сил образец изменяет свою форму и объем. Способность восстановить свои начальные параметры и определяют упругость.

Также к механике относятся конструкторские особенности ­– надежность, живучесть, долговечность.

Технологические характеристики

При оценке целесообразности выбора того или иного металла для решения конкретных практических, производственных задач, необходимо учитывать:

• Ковкость. Под давлением производится обработка изделий. При этом полного разрушения не наблюдается, однако структура кристаллической решетки изменяется. В результате могут меняться механические, физические и даже химические факторы изделий.
• Свариваемость. Возможность формирования сварных соединений с применением стандартных технологий.
• Усадка – определяется соответствующим коэффициентом. При нагреве любой объект расширяется, после охлаждения – уменьшается. Так вот соотношение и определяет данное свойство. Кстати, далеко не всегда малое усадочное значение являет собой благо. К примеру, ртутные термометры работают именно за счет предельно большого коэффициента расширения.
• Податливость режущим инструментам. С технологической точки зрения производственную ценность имеет только тот компонент, который можно сравнительно просто обработать или изготовить этот самый технический инструментарий.

Рассматриваемые направления характеризуют поведение уже готовых производственных изделий, товаров в процессе эксплуатации.

Таким образом, металлы – весьма распространенный материал, который активно используется в самых разных областях жизнедеятельности. Это обусловлено широкой вариативностью физических, химических, механических параметров продукции.