Загальні поняття про метали

У машинобудуванні і в процесі виконання ремонтних робіт більшість деталей виготовляють із чавуну, сталі, кольорових металів і їх сплавів та інших конструкційних матеріалів.

В природі у вільному стані зустрічаються тільки хімічно стійкі метали: срібло, золото, платина, мідь. Решта металів унаслідок високої хімічної активності знаходяться у вигляді сполук (окислів, сульфідів, карбідів тощо), які входять до складу складних мінералів, що утворюють гірські породи.

Ті гірські породи, з яких видобувають той чи інший метал, називають рудами. Та частина руди, що містить метал, називається рудним мінералом, а та, що не містить - пустою породою.

Руди називаються за основним металом, який міститься в них: залізними, алюмінієвими і т.п. Чавун видобувають із залізної руди.

Чавун - це сплав заліза з вуглецем, де вуглецю міститься від 2,14 до 6%. Крім вуглецю, в чавуні завжди є домішки: кремній, марганець, сірка, фосфор тощо.

Чавун виплавляють у доменних печах. Вихідними матеріалами для виплавляння чавуну є залізна руда, паливо і флюси.

Залізна руда - це суміш окису заліза з пустою породою. Залізні руди бувають багаті і бідні. Багатими вважаються руди, які містять майже 50'/» заліза, а бідними - менше 23'/» заліза.

Паливо. У металургійному виробництві використовують такі види палива: тверде (деревне і кам’яне вугілля, кокс, термоантрацит), рідке (нафту, мазут) і газоподібне (природний, коксовий, доменний, генераторний та інші гази).

Основні горючі складові палива - вуглець, водень, вуглеводні. Якість палива характеризується його теплотворністю. Теплотворністю називається кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні одиниці маси палива. Окрім того, якість палива залежить від його зольності, вмісту шкідливих домішок та інших чинників.

Флюси. Флюсами називаються мінеральні речовини, які сприяють зниженню температури плавлення пустої породи, виділенню золи, сірки і утворенню шлаку.

За складом і будовою чавуни поділяються на: білий або переробний; сірий або ливарний, ковкий; спеціальний - феросплави.

Білий чавун на зломі має дрібнозернисту структуру сріблясто-білого кольору. Він дуже твердий і крихкий, майже не піддається обробці різальними інструментами. В основному він призначений для переробки на сталь або ковкий чавун, і тому його називають переробним.

Сірий чавун на зломі має сірий колір. Порівняно з білим він м’якший, менш крихкий і еластичніший, добре піддається обробці різальними інструментами. У розплавленому стані добре заповнює форми. Використовується у ливарному виробництві для відливання деталей машин. Тому сірий чавун називається ливарним.

Основні марки ливарних чавунів СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36 тощо.

Ковкий чавун. Якщо білий чавун поступово нагріти до +950 - + 1000 °С і певний час витримати при цій температурі, а потім повільно охолодити, то він відпалиться і стане більш в’язким і міцнішим. Такий чавун називають ковким. Механічні властивості ковкого чавуну вищі за властивості сірого чавуну. Він добре обробляється різальними інструментами.

Основні марки ковких чавунів такі: КЧ37-12, КЧ35-10, КЧ35-4 тощо.

Найпоширенішим у машинобудуванні конструкційним матеріалом є сталь.

За хімічним складом сталі поділяють на вуглецеві і леговані.

Вуглецеві сталі - це сплав заліза з вуглецем, в якому міститься до 2,14% вуглецю. У вуглецевих сталях є також у невеликій кількості домішки: марганець (0,1-1%), кремній (до 0,4%), сірка (до 0,13%) і фосфор (до 0,09%).

Легованими називаються сталі, в яких окрім звичайних домішок містяться спеціально введені добавки, які називаються легуючими елементами. Ці елементи вводяться для надання сталі необхідних властивостей.

Леговані сталі в залежності від вмісту легуючих елементів розподіляються на: низьколеговані (2,5% легуючих елементів), середиьо-леговані (від 2,5 до 10%) і високолеговані (понад 10% легуючих елементів).

Як легуючі використовують такі добавки: кремній - С, хром - X, нікель - Н, молібден - М, марганець - Г, вольфрам - В, алюміній - Ю, мідь - Д, кобальт - К, азот - А, ванадій - Ф.

Залежно від призначення сталі поділяють на конструкційні, спеціальні та інструментальні.

До конструкційних належать сталі, в яких вміст вуглецю становить не більше 0,65%. Вони розподіляються на вуглецеві конструкційні сталі звичайної якості (Сті, Ст2, Ст7) і вуглецеві конструкційні сталі підвищеної якості (Ст 08, Ст 20 і до Ст 65). Цифра у марках сталей вказує на вміст вуглецю у сотих частках процента.

Якісні конструкційні сталі мають кращі механічні властивості, ніж звичайні, і використовуються для виготовлення деталей машин.

До легованих конструкційних сталей належать такі, в яких вміст вуглецю становить не більше 0,65% і які мають у своєму складі легуючі елементи.

Легуючі елементи надають сталі міцності, в’язкості, стійкості проти спрацювання і корозії та багато інших властивостей.

Марки легованих конструкційних сталей складаються з цифр і букв. Двозначні цифри, які стоять перед буквами, показують процентний вміст вуглецю в сотих частках. Якщо вміст легуючого елементу перевищує 1%, то після літери, яка означає назву легуючого елементу, ставиться цифра, яка означає його вміст у відсотках. Наприклад, сталь 18ХГТ містить вуглецю 0,18%, хрому, титану, марганцю - близько 1%. Леговані конструкційні сталі використовують для виготовлення найважливіших деталей машин.

Спеціальні сталі - це леговані сталі особливого призначення. До них належать, наприклад, нержавіючі, жаротривкі, жароміцні, магнітні, немагнітні, сплави високого електричного опору та ін.

До інструментальних сталей належать ті, які містять вуглецю понад 0,65% . Інструментальні сталі за хімічним складом бувають вуглецеві, леговані і високолеговані.

Основні марки вуглецевих інструментальних сталей такі: У7, У8, У7А, У8А і до У13А. Літера У означає, що сталь вуглецева, цифра за нею вказує на вміст вуглецю в десятих частках процента. Літерою А позначають високоякісну вуглецеву сталь, в якій вміст сірки і фосфору разом не перевищує 0,05%.

До легованих інструментальних сталей належать такі, що мають від 2 до 6% легуючих елементів. До високолегованих інструментальних сталей відносять ті, що містять вольфрам, хром, ванадій у значній кількості.

Щоб систематизувати відомості про сталі, розглянемо їх класифікацію за схемою (див. рис. 53).

У машинобудуванні також широко застосовуються кольорові метали, а саме: мідь, алюміній, цинк, олово, свинець, магній, хром, нікель та ін. Використовують їх переважно у вигляді сплавів.

Елементи, які входять до складу сплавів кольорових металів позначають буквами алфавіту: алюміній - А, залізо - Ж, марганець - Мц, нікель - Н, олово - О, свинець - С, цинк - Ц, берилій - Б, фосфор - Ф.

Сплави кольорових металів бувають двох видів - на мідній і алюмінієвій основі.

До сплавів на мідній основі належать латуні і бронзи.

Латунь - це сплав міді з цинком та іншими елементами. Вона в’язка і пластична, добре обробляється тиском і різанням.

Латуні позначають літерою Л і числом, що означає вміст міді. Наприклад, латунь марки Л80 містить 80% міді і 20% цинку.

Бронза - це сплав міді з оловом, алюмінієм, нікелем, берилієм, цинком, свинцем та іншими елементами. Позначають марку бронзи буквами і цифрами. Знак Бр означає бронза; інші літери означають наявність інших елементів, а цифри - кількість елементів у процентах, введених у бронзу. Наприклад, бронза марки Бр ОЦС6-6-3 означає, що сплав має олова - 6%, цинку - 6%, свинцю - 3%, міді - 85%.

До складу алюмінієвих сплавів входять алюміній як основний компонент, а також - мідь, цинк, магній, марганець, кремній і залізо. Алюмінієві сплави поділяють на дві групи: ливарні, які застосовуються для виготовлення деталей відливанням, і деформовані або ковальські, з яких виготовляють дріт, листи, профільний алюміній, а також деталі куванням і штампуванням.

ЦЕ ЦІКАВО!

Галузь промисловості, яка займається виробництвом металів і сплавів із руд та іншої сировини, називається металургією.

Історія розвитку людства нерозривно пов’язана з виробництвом і використанням металів. Ще 5-6 тис. років до нашої ери люди використовували самородні метали, у 4 - 3 тисячоліттях до нашої ери навчилися виплавляти метали із руд, одержувати бронзу. У 2 тисячолітті до нашої ери людство навчилося видобувати залізо із залізної руди.

Відтоді залізо посідає провідне місце. Майже 90% світового виробництва металів складають його сплави.

ЗАПИТАННЯ

1. У чому полягас принципова від хімічного складу чавуну і сталі?

2. Я кі метали наливають чорними?

3. І.} яких конструкційних матеріалів виготовлені .шготовки для

обробки точінням і фрезуванням?

4. Де більший вміст вуглецю - в сталі Стб чи в сталі У і О?

5. Я кі сплави наливають бронлами?

6. Які сплави наливають дюралюміиами?

Це матеріал з підручника Трудове навчання 8 клас Мадзигон