Черчение

Наука о металлах позволила создать современные материалы, которые дали возможность построить самые совершенные машины, освоить косми­ческое пространство и т. д.

В машиностроении чистые металлы почти не применяют, а использу­ют их сплавы. Металлы и сплавы подразделяют на черные (железо и сплавы железо — углерод) и цветные (медь, алюминий, цинк, свинец, олово и др.).

При внимательном рассмотрении таблицы Менделеева можно заметить, что три четверти ее химических элементов, из которых состоят все вещест­ва в природе, составляют металлы. А вот таких хорошо известных метал­лов, как чугун и сталь, бронза и латунь, в таблице Менделеева нет. Вам из­вестно из школьного курса, что они представляют собой металлические сплавы. Основные элементы чугуна и стали — железо и углерод.

Сплавы применяются в машиностроении также потому, что чистые ме­таллы получить значительно труднее, кроме того, сплавы обладают более лучшими специальными качествами, чем чистые металлы. Известно, что сталь прочнее железа, латунь и бронза прочнее меди, а алюминиевые спла­вы прочнее чистого алюминия. Большинство металлов и сплавов обладают способностью, не разрушаясь, изменять свою форму под воздействием внешних сил, т. е. пластичны.

Металлов — десятки, сплавов — десятки тысяч. Каждый год, каждый месяц создаются все новые и новые сплавы, а многие старые сплавы посте­пенно перестают применяться, заменяются новыми.

Чтобы разобраться в этом огромном количестве сплавов, их прежде всего нужно классифицировать. Единой классификации метал­лов и сплавов нет, потому что классифицировать их можно по разным признакам.

Наиболее проста и очевидна классификация по основному компоненту:

1. железо и сплавы железа и углерода (стали и чугуны);
2. медь и мед­ные сплавы (бронзы и латуни);
3. никель и никелевые сплавы;
4. алюминий и алюминиевые сплавы (силумины и дуралюмины);
5. магний и магниевые сплавы; 6 — титан и титановые сплавы; 7 — цинк и цинковые сплавы; 8 — олово и оловянные сплавы; 9 — свинец и свинцовые сплавы.

Таких групп может быть столько, сколько существует простых метал­лов. Железо и железоуглеродистые сплавы (стали и чугуны) часто называ­ют черными металлами, отрасль металлургии, которая занимает­ся получением чугуна и стали, называют черной металлургией. К черным металлам относят также хром и марганец, поскольку эти металлы чаще все­го и к тому же в огромных количествах применяются в черной металлургии в качестве добавок к сталям и чугунам: хром — в качестве реагирующего элемента, а марганец — в качестве легирующего и раскислителя.

Все остальные металлы и их сплавы относятся к цветным метал­лам, отрасль металлургии, занимающаяся их получением, называется цветной металлургией.

Металлы и сплавы можно классифицировать по назначению: конструк­ционные металлы и сплавы; инструментальные сплавы.

Из конструкционных металлов и сплавов изготовляют детали машин, механизмов и приборов: станины, валы, пружины, шестерни, шатуны, ры­чаги, храповики, сердечники трансформаторов, обмотки электрических машин и многие другие детали. Иногда конструктивные металлы и сплавы называют также машиностроительными.

Из инструментальных сплавов изготавливают различные инструменты: резцы, фрезы, метчики, сверла, молотки, а также штампы и измеритель­ные инструменты (калибры и скобы).

Металлы и сплавы можно классифицировать по технологии получения заготовок: простые металлы и сплавы более пригодны для ковки и прокат­ки. Такие металлы и сплавы называются деформируемыми. Основ­ное технологическое свойство деформируемых сплавов — высокая плас­тичность. Из числа деформируемых сплавов можно назвать стали, ла­туни, некоторые бронзы, дуралюмины. Другие сплавы более пригодны для изготовления из них фасонных отливок. Это — литейные сплавы. Ос­новное технологическое свойство литейных сплавов — высокие литейные свойства: высокая жидкотекучесть, небольшая линейная и объемная усад­ка. Типично литейные сплавы: чугуны, силумины, оловянная бронза. Есть много сплавов, которые одновременно относятся к деформируемым и ли­тейным. Таковы многие латуни, бронзы и некоторые стали.

Каждый сплав состоит из нескольких элементов. Все элементы, находя­щиеся в сплаве, можно разделить на нужные и ненужные. Нужные элемен­ты — это те, которые непременно должны быть в сплаве и без которых сплав не имеет необходимых свойств. Такие элементы принято называть ком­понентами. Остальные или ненужные элементы называют приме­сями. Компоненты целенаправленно вводят в сплав, а примеси в боль­шинстве случаев попадают как крайне нежелательные элементы, являясь неизбежными спутниками исходных шихтовых (смесь сырых материалов) металлов, топлива, кирпичной футеровки (внутренняя защитная облицов­ка) металлургических печей и т. д.

Механические свойства металлов и сплавов характеризуют возможность их практического использования в конкретной конструкции.

Деформация — изменение размеров и формы металла под воздейст­вием сил. Деформации бывают упругие и пластические. Упру­гая деформация, которая исчезает после устранения силы, вызвавшей ее. Пластическая — отличается тем, что она сохраняется после устранения си­лы вызвавшей ее.

Напряжение — нормальная сила, отнесенная к единице площади поперечного сечения изделия, МПа (кгс/мм²).

Прочность материала — сопротивляемость его пластической деформации и разрушению.

Предел прочности при растяжении — максимальное напряжение, которое выдерживает образец при испытаниях на разрыв.

Предел текучести — наименьшее напряжение, при котором растягиваемый образец деформируется без заметного увеличения нагруз­ки. Предел текучести обычно составляет 40...85% от предела прочности на разрыв и чаще, чем последний используется при расчетах изделий на проч­ность.

Предел прочности при изгибе — максимальное напряже­ние, определяемое изгибом на прессе образца.

Пластичность — способность материала пластически деформиро­ваться без разрушения.

Ударная вязкость — способность материалов выдерживать ударные нагрузки без разрушения.

Твердость — способность материалов сопротивляться вдавлива­нию в них твердых тел. Твердость по Бринелю НВ определяют вдавлива­нием стального закаленного шарика диаметром 2,5... 10 мм под нагруз­кой 187,5...3000 кг на приборе, где цифрами обозначены: 1 — испытуе­мый образец, 2 — шпиндель, 3 — шариковый наконечник, 4 — стол для установки образца, 5 — маховик для поднятия стола, 6 — привод, 7 — пусковая кнопка и 8 — съемные грузы (рис. 9). Твердость по Роквеллу HRC определяют вдавливанием алмазного конуса в испытуемый матери­ал под нагрузкой в 150 кг на приборе, где 1 — испытуемый образец, 2 — индикатор, показывающий число твердости, 3 — наконечник с алмаз­ным конусом, 4 — стол для установки образца, 5 — маховик для подня­тия стола, 6 — клавиша включения привода механизма нагрузки и 7 — груз (рис. 10).

Рис. 9

Рис. 10

Износостойкость — способность материалов сопротивляться разрушению под воздействием внешнего трения.

Большое значение в современном машиностроении имеют и неметалли­ческие конструкционные материалы. Так, синтетические материалы широ­ко используются в строительстве, электротехнике, машино- и приборостро­ении, в том числе автомобиле- и самолетостроении.

Нельзя сказать, что развитие промышленности синтетических материа­лов уже закончилось. За ними будущее, так как природа таит в себе колос сальные запасы сырья для их производства. Любопытно отметить, что за истекшие 30 лет производство синтетических материалов в мировом мас­штабе выросло более чем в 80 раз и в настоящее время превышает объем производства всех известных металлов.