1. Własności fizyczne metali

Wszystkie metale i stopy mają określone własności fizyczne, mechaniczne i zależnie od tych własności znajdują w przemyśle odpowiednie zastosowanie.

Do ważniejszych własności fizycznych metali zalicza się:

• gęstość (masę właściwą) metalu lub ciężar właściwy,
• temperaturę top­nienia,
• przewodność cieplną
• przewodność elektryczną,
• roz­szerzalność temperaturową,
• skurcz itd.

Gęstość to masa jednego metra sześciennego wyrażana — zgod­nie z obowiązującym układem jednostek SI — w kg/m³ lub t/m³. Każdy metal ma inną gęstość, np. żelazo 7,65; aluminium 2,7

Temperatura topnienia to temperatura, w której dane ciało stałe topnieje, czyli zamienia się w ciecz. Niektóre metale są trudno topliwe, inne znów mają niską temperaturę topnienia, np. rtęć topnieje w temperaturze — 39°C, cyna w -+-232^CC, alu­minium w 660°C, a miedź + 1083°C. Najwyższą temperaturę topnienia spośród metali ma wolfram—+3370°C. Tempera­tura topnienia chemicznie czystego żelaza wynosi 1535°C, a temperatura topnienia stali niskowęglowej wynosi ok. 1480°C.

Ciepło właściwe to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg da­nego ciała o jeden stopień (1 K). Ciepło właściwe mierzy się w dżulach na kilogram i kelwin (J/(kg*K)) lub w kilodżulach na kilogram i kelwin (kJ/(kg-K)).

Rozpuszczanie się gazów w metalach. Metale w stanie ciekłym pochłaniają gazy, które rozpuszczają się w stopionym metalu, a następnie podczas jego stygnięcia znowu się wydzielają. Niektóre metale i stopy, jak np. żelazo, stal, odlewy żeliwne i sta­liwne oraz miedź, rozpuszczają obficie wodór i tlenek węgla. Wynikiem rozpuszczania się gazów w metalu jest tworzenie się pęcherzów i porów, np. w spoinach podczas spawania, ponieważ gazy rozpuszczone w cieczy metalicznej nie zawsze zdążą wydzielić się ze spoiny.

Parowanie metali. Każdy metal ma określoną temperatur w której zaczyna parować. Na przykład żelazo czyste topniej w temperaturze 1535°C, a paruje najintensywniej w temperaturze wrzenia 3000°C; dla aluminium temperatury te wynoszą odpowiednio — 660°C i 2057°C

Przewodność cieplna. Jedną z charakterystycznych cech meta jest ich zdolność do przewodzenia ciepła. Własność ta ma ważne znaczenie w spawaniu, ponieważ metale o dużym współczynniku przewodzenia cieplnego wymagają dostarczenia większe ilości ciepła i zazwyczaj są trudniej spawalne. Współczynnik ten wyraża się w watach lub kilowatach na metr i kelwin kW/(m-K).

Przewodność elektryczna to zdolność przewodzenia prądu elektrycznego. Wszystkie metale przewodzą na ogół dobrze prąd elektryczny, przy czym najlepszą przewodność wykazują: srebro, miedź i aluminium.

Rozszerzalność temperaturowa to własność metalu polegająca na powiększaniu jego objętości pod wpływem ciepła. Przy oziębianiu zachodzi zjawisko odwrotne — metale kurczą się. Metal o dużym współczynniku rozszerzalności wykazują również duży skurcz, co przy spawaniu prowadzi do powstawania w złączać dużych naprężeń i odkształceń spawalniczych. Współczynnik rozszerzalności liniowej lub objętościowej wyraża się w jednostkach jeden na kelwin (l/K) lub jeden na stopień Celsjusza (1/°C).

2. Własności mechaniczne metali

Najważniejszymi własnościami mechanicznymi metali i ich stopów są:

• wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie,
• plastyczność, wydłużenie,
• ciągliwość,
• sprężystość
• twardość,
• udarność.

Wytrzymałość na rozciąganie to odporność materiału na dzia­łanie sił zewnętrznych rozciągających. Za pomocą badań me­chanicznych sprawdza się, czy własności wytrzymałościowe danego metalu odpowiadają zamierzonemu przeznaczeniu. Wy­trzymałość metali na rozciąganie oznacza się symbolem R_m (MPa

Analogicznie określa się wytrzymałość na ściskanie, a dla jej oznaczenia używa się symbolu R_c (MPa).

Plastyczność metalu to zdolność do zmiany jego kształtu pod wpływem siły zewnętrznej oraz do zachowania nowego kształtu po ustaniu działania siły odkształcającej. Umożliwia ona kształ­towanie metalu stosownie do potrzeb.

Wydłużenie to zdolność ciała do wydłużenia się pod wpływem działania na nie siły rozciągającej. Wydłużenie określa się jako procentowe zwiększenie długości pomiarowej próbki poddanej rozciąganiu w stosunku do jej długości pierwotnej.

Ciągliwość to zdolność materiału do dużych odkształceń trwa­łych pod działaniem sił. Stanowi ona jedną z cech technolo­gicznych charakteryzujących plastyczność materiału; materiały ciągliwe nadają się do głębokiego tłoczenia, walcowania, kucia itp.

Sprężystość to zdolność metalu do odzyskiwania pierwotnego kształtu z chwilą, gdy przestaje na niego działać siła wywołu­jąca odkształcenie. Sprężystość jest bardzo ważną cechą metali.

Twardość to odporność materiału na odkształcenia trwałe, występujące pod wpływem sił skupionych działających na małą powierzchnię (zazwyczaj zaciskanie odpowiednio ukształtowa­nego, twardego wgłębnika w materiał o mniejszej twardości). Twardość jest ważną własnością metalu. Na ogół im twardszy jest metal, tym większą wykazuje odporność na ścieranie. Twardość metalu można mierzyć różnymi sposobami i każdemu z tych sposobów odpowiadają inne jednostki twardości. Naj­częściej jednak do badania twardości metali miękkich jest sto­sowany sposób Brinella (HB). Do badania twardych metali jest stosowany sposób Rockwella (HRC) lub Vickersa (HV)

Udarność to odporność metalu na uderzenia. Badania udarności, w odróżnieniu od poprzednio opisanych prób statycznych, wchodzą w zakres zadań dynamicznej wytrzymałości materia­łów. Udarność określa się w megadżulach na metr kwadratowy (MJ/m^a) lub w kilodżulach na metr kwadratowy (kJ/m⁸).

3. Własności chemiczne metali

Do własności chemicznych zalicza się:

• odporność metalu na korozje atmosferyczna czyli na działania składników chemiczny powietrza
• odporność na działanie wysokiej temperatury
• odporność na działanie czynników chemiczny

Ujemną własnością metali w procesach spawalniczych jest skłonność do szybkiego utleniania się, zwłaszcza gdy znajdują się w stanie nagrzania

• utlenianie jest procesem chemicznym, polegającym na łączeniu się tlenu z niektórymi metalami. W wyniku tego procesu tworzy się tlenek (np. utleniające się żelazo – tlenek żelaza)Proces utleniania zależy od warunków, w jakich metal się znajduje. Na wolnym powietrzu proces ten odbywa się znaczniej wolniej, niż w podwyższonej temperaturze. Tlenek jest zazwyczaj bardzo twardy i dlatego przy pracach spawalniczych utlenienia jest procesem szkodliwym