Книга является учебным пособием по курсу, Технология метал­лов, составленным по программе, утвержденной Министерством высшего образования, и содержит данные о строении и свойствах металлов и сплавов, о неметаллических материалах, о методах обра­ботки металлов и сплавов — литье, ковке, штамповке, о методах обработки металлов и неметаллических материалов резанием и об обо­рудовании для всех видов обработки металлов.

Предназначается для студентов машиностроительных втузов.

Редактор канд. техн. наук Н. П. Дубинин

Редакция литературы по металлообработке и станкостроению Зав. редакцией инж. Р. Д. БЕЙЗЕЛЬМАН

ПРЕДИСЛОВИЕ К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ

Учебник по курсу «Технология металлов» написан в соответствии с программой, утвержденной Министерством высшего образования СССР для машиностроительных высших учебных заведений.

Учебник состоит из семи разделов: I) «Металлы и их свойства», II) «Металлургия черных и цветных металлов», III) «Литейное произ­водство», IV) «Обработка металлов давлением», V) «Сварка и резка металлов», VI) «Обработка металлов резанием и станки», VII) «Неме­таллические материалы».

При составлении учебника авторы учитывали, что студенты слушают курс после работы в учебных мастерских, где они знакомятся с основной технической терминологией и элементами технологического процесса изготовления деталей машин.

Учебник написан коллективом авторов — преподавателей МВТУ имени Баумана. Раздел I «Металлы и их свойства» написан канд. техн. наук Н. П. Дубининым; раздел II «Металлургия черных и цветных ме­таллов» написан канд. техн. наук П. П. Жевтуновым; раздел III «Литей­ное производство» написан Н. П. Дубининым; раздел IV «Обработка метал­лов давлением» написан канд. техн. наук М. В. Сторожевым и Е. А. Попо­вым; раздел V «Сварка и резка металлов» написан канд. техн. наук С. Т. На­заровым; раздел VI «Обработка металлов резанием и станки» написан кан­дидатами техн. наук К. П. Панченко, В. С. Красавиным и А. Н. Гладилиным; раздел VII «Неметаллические материалы» написан кандидатами техн. наук И. С. Расторгуевым и В. А. Поповым.

В третьем издании учебника исправлены замеченные недостатки и опе­чатки.

Н. П. ДУБИНИН, П. П. ЖЕВТУНОВ, М. В. СТОРОЖЕ В, Е. А. ПОПОВ, С. Т. НАЗАРОВ, А. Н. ГЛАДИЛИН, В. С. КРАСАВИН, К. П. ПАНЧЕНКО, В. А. ПОПОВ, И. С. РАСТОРГУЕВ

ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ

Под редакцией Н. П. ДУБИНИНА

Допущено Министерством высшего образования СССР

в качестве учебного пособия

для машиностроительных вузов и факультетов

ИЗДАНИЕ 3-е

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Москва 1957

ВВЕДЕНИЕ

Технология металлов и материалов является наукой, представляющей собой совокупность современных знаний о способах получения машино­строительных материалов и средствах их физико-химической переработки с целью придания им свойств и конфигурации, необходимых в Машино - строительном производстве.

Каждая отрасль промышленности основывается на использовании методов и технических приемов, выработанных трудом ряда поколений и составляющих в совокупности технологию данного производства.

В курсе «Технология металлов и материалов» даны сведения о раз­личных отраслях производства: металлургии черных и цветных металлов, литейном производстве, обработке металлов давлением, сварке и резке металлов, обработке металлов резанием и о неметаллических материалах.

Курс «Технология металлов и материалов» дает технические основы для выполнения студентами первого проекта по деталям машин и фундамент для усвоения специальных инженерных дисциплин: технологии ма­шиностроения, теории резания металлов и др.

В мастерских студенты усваивают техническую терминологию, полу­чают конкретный фактический материал по технологии металлов, что позволяет им хорошо освоить данный курс.

Теоретические знания, полученные при изучении курса, студенты закрепляют на первой технологической практике, которую они проходят на заводах.

Входящий в курс «Технология металлов и материалов» раздел «Свойства металлов» дает представление о строении металлов и сплавов, о структурных изменениях металлов и сплавов при различных температу­рах, об основных свойствах металлов и сплавов, применяемых в машино­строении.

Знание этого раздела курса необходимо для усвоения разделов «Ли­тейное производство» и «Обработка давлением». Более подробные сведе­ния о строении металлов и сплавов, их термической обработке, физико-химических и механических свойствах студенты получают в курсе «Металловедение».

Раздел курса «Металлургия» дает представление о производстве металлов из руд, о переработке чугуна в сталь. В разделе «Металлургия» даны сведения о том, как получить качественный металл, рассмотрены причины дефектов металлических слитков, а также свойства металлических материалов, полученных при различных технологических процессах плавки. Знание этого раздела необходимо для изучения разделов «Литейное произ­водство», «Обработка давлением» и курса «Металловедение».

Раздел курса «Литейное производство» дает представление о совре­менных рациональных методах производства отливок, о машинах, приме­няемых для производства отливок. Раздел курса «Обработка давлением» дает представление о деформации металла, о производстве заготовок методом прокатки и волочения, о современных рациональных методах изготов­ления поковок и штамповок, о машинах и орудиях, применяемых для ковки и штамповки.

Раздел курса «Сварочное производство» дает представление об основ­ных методах сварки и технологии изготовления сварных изделий, о дефек­тах сварных швов и их устранении, о сварочных машинах (ручных и авто­матических).

Раздел курса «Обработка металлов резанием и станки» дает представ­ление о методах обработки резанием металла и неметаллических материалов, а также о конструкциях металлорежущих станков-приспособлений.

Раздел курса «Неметаллические материалы» дает представление о методах производства неметаллических материалов, об их физико-хими­ческих свойствах.

Раздел 1

МЕТАЛЛЫ И ИХ СВОЙСТВА

Глава I основные свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении.

В современном машиностроении применяют чистые металлы и их сплавы. Металлы и сплавы обладают различными физико-химическими и технологическими свойствами, необходимыми для машиностроения.

В машиностроении находят техническое применение главным образом металлические сплавы и значительно реже — чистые металлы.

Сплавы чаще имеют более высокие механические свойства, чем чистые металлы. Свойства сплава зависят от компонентов, входящих в сплав, и от структуры сплава.

В машиностроении применяют сплавы на основе железа (сталь углеро­дистая и специальная, чугун серый и ковкий) и сплавы цветных металлов на основе меди, алюминия, магния и др.

Конструктор должен выбирать сплав, обладающий свойствами в соот­ветствии с техническими требованиями, предъявляемыми к детали.

§ 1. Свойства металлов и сплавов

Механические свойства являются основными характеристи­ками работоспособности металлов и сплавов. Основными из них являются прочность, пластичность и твердость. Показатели этих свойств для основ­ных промышленных сплавов приведены в табл. 1.

Эти механические свойства сплавов могут служить основой при кон­струировании и расчете деталей на прочность.

Физические свойства металлов и сплавов определяются, удельным весом, коэффициентами линейного и объемного расширения, элек­тропроводностью, теплопроводностью, температурой плавления и т. д. Данные о физических свойствах отдельных металлов и сплавов приведены в табл. 2

В зависимости от технических требований к конструкции детали под­бирают сплавы, обладающие теми или иными физическими свойствами, например, низким удельным весом, высокой температурой плавления, хорошей теплопроводностью и т, д.

Химическую стойкость металлов и сплавов определяют по их способности сопротивляться химическому воздействию различных активных сред.

Эти свойства для машиностроения имеют большое значение, и с ними приходится считаться при конструировании машин и деталей. Характер­ным примером химического воздействия среды является коррозия (окис­ление металлов на воздухе и в других средах).

Разрушение металлов от коррозии наносит промышленности огромный ущерб. Этот ущерб выражается ежегодной потерей миллионов тонн ме­талла и миллиардов рублей народных средств.

Таблица 1

Название сплава	Предел прочности при растяжении в кг/мм2	Удлинение в %	Твердость по Бринелю И о	Примерное назначение
Техническое железо	23	30	90	Мембраны'
Чугун серый.	12—38	До 0,25	143—220	Отливки фасонные
Чугун высококачест­венный	30-60	0,5—10	170—262	Ответственные от­ливки
Сталь малоуглероди­стая (мягкая)	32-70	11—28	100—130	Котельное железо, трубы, котлы
Сталь среднеуглеро-дистая (средней твер­дости)	50-70	12—16	170—200	Оси, шатуны, валы, рельсы
Сталь твердая после закалки и отпуска	110-140	6-9	500—600	Инструмент ударный и режущий
Бронза оловянистая	15-25	3—10	70—80	Детали, работающие на истирание и под­верженные коррозии
Бронза алюминиевая	40—50	10	120	То же
Латунь однофазная	25—35	30—60	42—60	Патронно-гильзовое производство
Латунь двухфазная	35-45	30—40	—	Детали, изготовлен­ные горячей штампов­кой
Сплавы алюминия с кремнием	21—23	1-3	65-100	Детали в авиастрое­нии
Сплавы магния	24—32	"10—16	60—70	То же

Физические свойства основных металлов и сплавов

Таблица 2

	Удельный вес в г/см3	Температура плавления в °С	Электропро- водность	Коэффициент теплопровод- ности в ккал/м-сек	Коэффициент линейного расширения
Алюминий	2,70	658	34,3	0,504	0,238
Алюминиевые сплавы	2,6—2,9	—	—	0,20—0,42	0,21
Магний	1,74	650	23,2	0,376	0,260
Магниевые сплавы	1,8—1,81	—	—	0,18—0,32	0,264
	8,93	1083	57,2	0,938	0,269
	8,5—8,85	—	—	0,25—0,58	0,18
Железо (чистое)	7,86	1539	10,0		0,093

Для устранения таких больших потерь в машиностроении применяют покрытие деталей лаками, красками, химически стойкими металлами. В отдельных случаях применяют различные сплавы, имеющие высокую химическую стойкость, например нержавеющие чугуны, нержавеющие стали и ряд химически стойких сплавов на основе меди и¹ никеля.

Технологические свойства металлов и сплавов характеризуются способностью их поддаваться различным методам горячей и холодной обработки (легко плавиться и заполнять форму, коваться, сва­риваться, обрабатываться режущими инструментами и т. д.).

Литейные свойства металлов и сплавов в основном определяют жидкотекучесть, усадка и склонность к ликвации. Жидкотекучесть определяют способностью сплава заполнять форму. Под усадкой подразумевают сокращение объема металла при затвердевании и после­дующем охлаждении. Ликвацией называются неоднородность химического состава твердого сплава в разных частях детали.

При конструировании литых чугунных деталей учитывают, что чугун обладает хорошими литейными свойствами — хорошей жидкотекучестью, небольшой усадкой и незначительной склонностью к ликвации, что сталь имеет меньшую, чем чугун, жидкотекучесть, но большую усадку и склон­ность к образованию ликвации, что бронза обладает хорошей жидкотеку­честью и малой усадкой.

Ковкостью металла называется его способность при наименьшем сопротивлении деформироваться и принимать новую форму под влиянием внешних усилий без нарушения целостности. Металлы могут обладать ковкостью, как в холодном, так и в нагретом состоянии.

Хорошей ковкостью обладает сталь в нагретом состоянии. В холодном: состоянии латунь и алюминиевые сплавы обладают хорошей ковкостью. Пониженной ковкостью отличается бронза.

Свариваемостью металла называется его способ­ность создавать прочные соединения металлических деталей путем их мест­ного нагрева до расплавленного или пластического состояния.

Хорошей свариваемостью обладает малоуглеродистая сталь, значительно худшей свариваемостью обладают чугун, медные и алюминиевые сплавы.