1) Строение металлов и сплавов -Под металлическим сплавом понимают вещество, получаемое сплавлением двух или более элементов, обладающее характерными металлическими свойствами.

Металлические сплавы получают сплавлением элементов – металлов или металлов с неметаллами при преимущественном содержании металлов. Строение сплавов сложнее, чем чистых металлов.

При кристаллизации жидкого сплава могут получаться твердые металлические сплавы с различным строением.

2)Методы исследования строения металлов-Макроскопический анализ

Макроанализ заключается в определении строения металла путем просмотра его излома или специально подготовленной поверхности невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях — до 30 раз. Это позволяет наблюдать одновременно большую поверхность и получить представление об общем строении металла и о наличии в нем определенных дефектов.

В отличие от микроскопического исследования (см. ниже «Микроскопический анализ») макроскопический анализ не определяет подробностей строения и часто является предварительным, но не окончательным видом исследования. Характеризуя многие особенности строения, макроанализ позволяет выбрать те участки, которые требуют дальнейшего микроскопического исследования. С помощью макроанализа можно определить:

1. Нарушение сплошности металла: усадочную рыхлость, газовые пузыри и раковины, пустоты, образовавшиеся в литом металле, трещины, возникшие при горячей механической или термической обработке, флокены, дефекты сварки (в виде непровара, газовых пузырей, пустот);

2. Дендритное строение и зону транскристаллизации в литом металле;

3. Химическую неоднородность сплава (ликвацию);

4. Неоднородность строения сплава, вызванную обработкой давлением: полосчатость, а также линии скольжения (сдвигов) в наклепанном металле;

5. Неоднородность, созданную термической или химико-термической обработкой.

Поверхность, подлежащую макроанализу, изучают непосредственно (по виду излома) или шлифуют и подвергают травлению специально подготовленными реактивами. На шлифованной поверх­ности не должно быть загрязнений, следов масла и т. п., поэтому ее перед травлением протирают ватой, смоченной в спирте. Подготовленный образец называют макрошлифом.

Большое значение для успешного выполнения макроанализа имеет правильный выбор наиболее характерного для изучаемой детали сечения или излома

Микроскопический анализ металлов заключается в исследовании их структуры с помощью оптического микроскопа (использующего обычное белое или ультрафиолетовое излучение) и электронного микроскопа.

При использовании оптического микроскопа структуру металла можно изучать при общем увеличении от нескольких десятков до 2 000–3 000 раз. Микроанализ позволяет характеризовать размеры и расположение различных фаз, присутствующих в сплавах, если размеры частиц этих фаз не менее 0,2 мкм. Многие фазы в металлических сплавах имеют размеры 10–4–10–2 см и поэтому могут быть различимы в микроскопе.

3)Свойство металлов-Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.

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

К химическим – окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

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

К технологическим – прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариемость, обрабатываемость резанием.

Механические свойства.

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

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

Упругость. Упругостью металла называется его свойство востонавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы(деформацию.)

Вяскость. Вязкость называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости.

Пластичность. Пластичностию называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство, обратное упругости.

Металлы обладают более высокой прочностью по сравнению с другими материалами, поэтому нагруженные детали машин, механизмов и сооружений обычно изготовляются из металлов.

Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать ещё особыми свойствами, характерными для работы данного изделия. Так, например, режущие инструменты должны обладать высокой твердостью. Для изготовления режущих других инструментов применяются инструментальные стали и сплавы.

Для изготовления рессор и пружин применяются специальные стали и сплавы, обладающие высокой упругостью

Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергается ударной нагрузке.

Пластичность металлов дает возможность производить их обработку давлением (ковать, прокатывать).

Физические свойства.

В авиа-, авто- и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и особенно магния являются здесь незаменимыми. Удельная прочность( отношение предела прочности к удельному весу) для некоторых, например алюминиевых, сплавов выше, чем для мягкой стали.

Плавкость используется для получения отливок путём заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы(например, свинец) используются в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют столь низкую температуру плавления, что расплавляется в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки типографических матриц, в приборах, служащих для предохранения от пожаров.

Металлы с высокой электропроводностью (медь, алюминий) используются в электромашиностроении, для устройства линий электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением – для ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Магнитные свойства металлов играют первостепенную роль в электромашиностроении (динамомашины, мотора, трансформаторы),для приборов связи ( телефонные и телеграфные аппараты) и используются во многих других видах машин и приборов.

Теплопроводность металлов дает возможность производить их физические свойства. Теплопроводность используется также при производстве пайки и сварки металлов.

Некоторые сплавы металлов имеют коэффициент линейного расширения, близкий к нулю; такие сплавы применяются для изготовления точных приборов, радиоламп. Расширение металлов должно применяться во внимание при постройке длинных сооружений, например, мостов. Нужно также учитывать, что две детали, изготовленные из металлов с различным коэффициентом расширения и скрепленные между собой, при нагревании могут дать изгиб и даже разрушение.

Химические свойства. Коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в сильно окислительных средах (колосниковые решётки, детали химических машин и приборов). Для достижения высокой коррозионной стойкости производят специальные нержавеющие, кислостойкие и жаропрочные стали, а также применяются защитные покрытия.

Технологические свойства. Имеют весьма важное значение при производстве тех или иных технологических операций.

Цветные металлы и их сплавы.

4)Методы определения механических свойств металлов-Механические свойства определяют способность металлов сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). Они зависят от химического состава металлов, их структуры, характера технологической обработки и других факторов. Зная механические свойства металлов, можно судить о поведении металла при обработке и в процессе работы машин и механизмов.

К основным механическим свойствам металлов относятся прочность, пластичность, твердость и ударная вязкость.

Прочность – способность металла не разрушаться под действием приложенных к нему внешних сил.

Пластичность – способность металла получать остаточное изменение формы и размеров без разрушения.

Твердость – способность металла сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела.

Ударная вязкость – степень сопротивления металла разрушению при ударной нагрузке.

Механические свойства определяют путем проведения механических испытаний

8)Одним из самых широко применяемых во всех отраслях промышленности материалом является сталь. Сталь это сплав железа с углеродом (до 2%). Сталь подразделяется по химическому составу и по качеству.

По химическому составу стали делятся на:

углеродистые

легированные

По качеству стали делятся на:

обыкновенного качества

качественные

повышенного качества

высококачественные

Углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на:

А - поставляемая по механическим свойствам. Группа А подразделяется на А1, А2, А3. Марки углеродистых сталей этой группы: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6.

Б - поставляемая по химическому составу. Группа Б подразделяется на Б1 и Б2. Марки углеродистых сталей этой группы: БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6.

В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу. Группа В подразделяется на В1, В2, В3, В4, В5, В6. Марки углеродистых сталей этой группы: ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Индексы углеродистой стали:

Ст-сталь

цифры 1-6 – символический номер марки стали в зависимости от состава и соответственно свойств;

кп - кипящая сталь;

пс - полуспокойная сталь;

сп - спокойная сталь.

двузначные цифры (в приставках маркировки качественных углеродистых сталей) - содержание углерода в сотых долях % (пример: индекс 10- содержание углерода 0,01%)

Маркировка стали углеродистой

В стали может содержаться углерода от 0,06% до 0,85%. В соответствии с тем, сколько в стали углерода, металл подразделяют на два следующих типа:

Сталь углеродистая стандартного качества. Обозначают маркировкой Ст. За этими литерами пишут цифры, которые показывают процент углерода в данном сплаве, только этот процент в 10 раз завышен.

Сталь углеродистая конструкционная качественная. Обозначают с помощью более точной маркировки, т.е. цифры, показывающие процент углерода в определенном сплаве, завышены в сто раз. Сталь такого типа дороже, поскольку в ней минимальное содержание примесей серы и форсофора.

Маркировка стали легированной

10)Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.

Термических металлов Т .О. - процесс тепловой обработки металлов и сплавов с целью изменения их структуры, а следовательно, и св-в, заключающийся в нагреве до определ. темп-ры. выдержке при этой темп-ре и последующем охлаждении с заданной скоростью. Т. о. - одно из важнейших звеньев технологич. процесса произ-ва деталей машин и др. изделий. Применяется как промежуточная операция для улучшения технологич. св-в металла (обрабатываемости давлением, резанием и др.) и как окончательная - для придания ему комплекса механич., физ. и хим. св-в. обеспечивающих необходимые хар-ки изделия. Осн. виды Т. о.: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, старение, термомеханическая обработка, химико-термическая обработка. Имеется множество разновидностей Т. о. металлов, например обработка стали холодом, электротермическая обработка, патентирование.

12)Закалка стали

Нагрев доэвтектоидной стали при закалке ведут до температуры на 20—50 град выше Ас3 с последующим резким охлаждением. В результате закалки доэвтектоидной стали получают мар-тенситную структуру. Она обеспечивает наибольшую прочность и твердость. Заэвтектоидную сталь нагревают на 20—50 град выше Дсх и также резко охлаждают. Структура этой ста ли, обеспечивающая наиболее высокую твердость, — мартенсит с вторичным цементитом. Напомним, что цементит тверже мартенсита. Твердость его составляет около 800 НВ. Область оптимальных температур нагрева углеродистых сталей под закалку показана на рис. 83 (заштрихованная полоса).

14)Отпуск после закалки, его виды и назначение

В процессе закалки изделие нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальных охлаждающих средах. В зависимости от режима закалки у изделия из одной и той же стали можно получить различные структуры и свойства.

Для достижения наилучших результатов изделие равномерно нагревают до температуры 740—850° С и затем быстро охлаждают до 400—450° С. Скорость охлаждения должна быть не меньше 150° С в секунду, т. е. охлаждение должно произойти в течение всего 2— 3 сек. Дальнейшее охлаждение ниже 300° С может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не оказывает влияния.

Виды закалки

Полной закалке подвергают доэвтектоидные стали, а неполной — заэвтектоидные стали. При неполной закалке доэвтектоидных сталей в их структуре сохраняется некоторое количество феррита, который снижает прочность и твердость закаленных сталей. При неполной закалке заэвтектоидных сталей в их структуре сохраняется некоторое количество вторичного цементита, который повышает твердость, прочность и износостойкость этих сталей, что важно при изготовлении из них режущего и мерительного инструментов. Кроме того, более низкая температура нагрева исключает перегрев и уменьшает термические напряжения.

15)Коррозия металлов

Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 6Н2О + ЗО2 = 4Fe(OH)3. Гидратированный оксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной.

16. Способы защиты металлов от коррозии

Защитные покрытия представляют собой пленки (металлические, оксидные, лакокрасочные и т.п.).

Металлические покрытия бывают двух типов — анодные и катодные. Для анодного покрытия используют металлы, обладающие более отрицательным электродным потенциалом, чем основной металл (например, цинк, хром). Для катодного покрытия выбирают металлы, имеющие меньшее отрицательное значение электродного потенциала, чем основной металл (медь, олово, свинец, никель и др.). Металлические покрытия наносят горячим методом, гальваническим и металлизацией.

Гальванический метод защиты состоит в том, что на поверхности изделия путем электролитического осаждения из растворов солей создается тонкий слой защищаемого металла. Покрываемое изделие при этом служит катодом, а осаждаемый металл —

анодом.

19)Основы обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением — технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал.

Обработка металлов давлением основана на изменении пластичности металлов и сплавов. Пластичностью называют способность металла в твердом состоянии необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил.

В зависимости от формы и размеров изделия, а также свойств деформируемого металла или сплава применяют различные процессы обработки металлов давлением, основными из которых являются прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка металла. Во всех процессах обработки металлов давлением металл претерпевает пластическую (необратимую) деформацию.

20. Прокатное производство

Прокатное производство

получение путём прокатки (См. Прокатка) из стали и других металлов различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью повышения качества (термическая обработка, травление, нанесение покрытий). В промышленных странах прокатке подвергается больше 4/5 выплавляемой стали. П. п. обычно организуется на металлургических заводах (реже на машиностроительных); как правило, особенно в чёрной металлургии, является завершающим звеном цикла производства (см.

21. Штамповка

Штамповка — процесс пластической деформации материала с изменением формы и размеров тела. Чаще всего штамповке подвергаются металлы или пластмассы. Существуют два основных вида штамповки — листовая и объёмная. Листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими (лист до 6 мм). Примером листовой штамповки является процесс пробивания листового металла в результате которого получают перфорированный металл (перфолист). В противном случае штамповка называется объёмной. Для процесса штамповки используются прессы — устройства, позволяющие деформировать материалы с помощью механического воздействия.