Василь Попович, Віталій Попович

_{Технологія}

конструкційних матеріалів і матеріалознавство

Затверджено

Міністерством освіти і науки України як підручник для студентів технічних спеціальностей вищих навчальних закладів

ББК 30.3я73

П 58 УДК 620.22+621.7+621.9](075.8)

Рецензенти: кандидат технічних наук, доцент Едуард Плешаков (Національний університет „Львівська політехніка")

доктор технічних наук, професор Євген Лютий

(Національний лісотехнічний університет України)

доктор технічних наук, професор Володимир Хільчевський

(Національний технічний університет України

„Київський політехнічний інститут")

Затверджено Міністерством освіти і науки України (лист 14/18.2-2289 від 21.10.2005)

Вилано за рахунок державних коштів. Продаж заборонено

Попович В.В., Попович В.В.

П58 Технологія конструкційних матеріалів і матеріало­знавство: Підручник. — Львів: Світ, 2006. — 624 с: Іл. ISBN 966-603-452-2.

У підручнику подано основні відомості про виробництво чорних і кольорових металів, про будову, властивості металів, сплавів і неметалевих матеріалів. Описано ливарне виробництво, обробку металів тиском, зварювальне виробництво, обробку різанням. Ви­світлено автоматизацію механічної обробки, методи електрофізич­ної та електрохімічної обробки металів, а також виготовлення ви­робів з полімерних матеріалів.

Для студентів технічних спеціальностей вищих навчальних за­кладів різних форм навчання.

ББК 30.3я73

© В. Попович,

В. Попович, 2006 ISBN 966-603-452-2 © Видавництво „Світ", 2006

ПЕРЕДМОВА

Підручник написаний відповідно до робочих програм дисципліни „Технологія конструкційних матеріалів і ма­теріалознавство" для студентів технічних спеціальнос­тей вищих навчальних закладів України III і IV рівнів акредитації. До його складу увійшли: металургія чор­них і кольорових металів (частина І), матеріалознавст­во (частина II), ливарне виробництво (частина III), оброб­ка металів тиском (частина IV), зварювальне виробницт­во (частина V), обробка різанням (частина VI), спеціаль­ні способи обробки (частина VII) і виготовлення виробів з полімерних матеріалів (частина VIII).

Дисципліна „Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство" охоплює сучасні способи виробниц­тва найважливіших конструкційних матеріалів, подає відомості про їх структуру, властивості й подальшу пе­реробку цих матеріалів у проміжні вироби — заготов­ки, а відтак у готові вироби — деталі з необхідними експлуатаційними характеристиками. Основні положен­ня матеріалознавства використовуються тут як теоретич­на база для ливарного виробництва, гарячої й холодної обробки тиском, зварювання, обробки різанням, спеці­альних видів обробки та виготовлення виробів з полімер­них матеріалів.

Кожна частина посібника поділена на окремі логічно завершені теми (розділи), написані за єдиною схемою: суть описуваного методу обробки, його місце в сучасно­му виробництві, опис використовуваних інструментів (де-формівних, різальних та інших), режим їх роботи, опис застосовуваного устаткування, переваги й недоліки ме­тоду та перспективи його розвитку. Текст проілюстро­ваний достатньою кількістю рисунків і схем, поданих

здебільшого у спрощеному вигляді. Окрім рисунків у тексті наведені відповідні формули, за якими можна розраховувати режим зварювання, елементи режиму рі­зання, сили різання, потужність, що витрачається на обробку, виконувати кінематичні розрахунки тощо. Тер­міни, а також важливі визначення набрані курсивом. Така методика полегшує засвоєння студентами викла­деного матеріалу.

Автори глибоко вдячні рецензентам — кандидату технічних наук, доцентові кафедри фізики металів та матеріалознавства Національного університету „Львів­ська політехніка" Едуардові Плешакову, доктору техніч­них наук, професорові, завідувачу кафедри прикладної механіки Національного лісотехнічного університету України Євгенові Лютому, доктору технічних наук, про­фесорові Національного технічного університету Украї­ни „Київський політехнічний інститут" Володимирові Хільчевському та дійсному членові Наукового товариства ім. Шевченка Степанові Яремі за зауваження й поради, висловлені під час підготовки підручника до друку.

Автори

ВСТУП

1. Зміст дисципліни

Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознав­ство — це наука про способи видобування, властивості та ме­тоди обробки металевих й неметалевих матеріалів.

Без конструкційних матеріалів, особливо без металів, не обходиться жодна галузь сучасного виробництва. Саме тому майбутній інженер-механік повинен здобути у вищому навчаль­ному закладі не лише ґрунтовні теоретичні знання про будову, властивості та новітні технології обробки матеріалів, але й ово­лодіти основними методиками лабораторних досліджень і тех­нологічних розрахунків. Системні знання та практичні навики допоможуть йому згодом в умовах виробництва раціонально вибирати необхідні матеріали, використовувати зміцнювальні технології й призначати способи виготовлення заготовок і дета­лей машин.

Дисципліна „Технологія конструкційних матеріалів і мате­ріалознавство" складається із таких частин:

• металургія чорних і кольорових металів,

• матеріалознавство,

• ливарне виробництво,

• обробка металів тиском,

• зварювальне виробництво,

• обробка різанням,

• спеціальні способи обробки,

• виготовлення виробів з полімерних матеріалів.

Металургія — галузь промисловості, яка забезпечує видо­бування металів із руд. Метали в рудах перебувають переважно и хімічно зв'язаному стані. їх відновлюють і рафінують здебіль­шого при високих температурах у спеціальних агрегатах.

Матеріалознавство вивчає у взаємозв'язку склад, будову та властивості матеріалів. Воно об'єднує металознавство та науку Про неметалеві матеріали. Теоретичною основою матеріалознавства

є відповідні розділи фізики та хімії. У матеріалознавстві широ­ко використовують сучасні структурні дослідження, фізичні та механічні випробування. Завдяки цьому, а також беручи до уваги економічні розрахунки, можна обґрунтовано визначити доцільність застосування того чи іншого матеріалу в конкрет­них умовах експлуатації. Знання теоретичних засад метало­знавства дає змогу глибше зрозуміти процеси ливарного та зва­рювального виробництв, обробки металів тиском і різанням.

Продукцією ливарного виробництва є виливки, які виготов­ляють, заповнюючи рідким металом порожнину форми, що має конфігурацію й розміри майбутнього виливка. Після кристалі­зації та охолодження металу форму руйнують або розкривають і виймають виливок. Ливарне виробництво передбачає підготовку формових і стрижневих сумішей, виготовлення ливарних форм і стрижнів, плавлення металу, наповнення форм рідким мета­лом, вилучення виливків із форм й очищення їхньої поверхні. Виливки виготовляють із чавуну, сталі, алюмінієвих, мідних, титанових, магнієвих, цинкових та інших сплавів.

Обробка металів тиском — це виготовлення заготовок (рід­ше деталей) з використанням пластичної деформації. Метал обробляють у гарячому й холодному стані. Процес високопро­дуктивний і економічно вигідний. До найпоширеніших видів обробки металів тиском належать: вальцювання, волочіння, пре­сування, кування, листове та об'ємне штампування.

Зварювальне виробництво забезпечує отримання не рознімних з'єднань заготовок завдяки зближенню їх контактних повер­хонь до відстаней міжатомної взаємодії. Таке зближення відбу­вається внаслідок місцевого розплавлення металу й подальшої його кристалізації або внаслідок тиску. У виробничій практиці поширені різні способи дугового, контактного електричного, електрошлакового, газового та інших способів зварювання.

Поряд зі зварюванням застосовують також різання металу фізичними методами завдяки локальному його розплавленню теплотою дуги чи газового полум'я і хімічними методами, які ґрунтуються на локальному згорянні металу в струмені кисню.

Обробка різанням — процес, під час якого різальним ін­струментом з поверхні заготовки відокремлюють шар металу у вигляді стружки з метою одержати деталі потрібної геометрич-

ної форми, заданих розмірів і якості поверхні. Незважаючи на значну трудомісткість і вартість обробки різанням, вона є ви­правданою, особливо тоді, коли необхідна висока точність і якість оброблених поверхонь.

Спеціальні способи передбачають обробку заготовок поверх­невим деформуванням, електрофізичними й електрохімічними методами.

Виготовлення виробів з полімерних матеріалів — порівня­но нова галузь промисловості, яка переважно використовує роз­глянуті вище технології. Полімерні матеріали поряд з метала­ми й неметалевими матеріалами (деревиною, склом, керамікою та ін.) широко застосовують у народному господарстві.