МЕТАЛОГОСПОДАРСЬКІ ТОВАРИ

ХАРАКТЕРИСТИКА ВИХІДНОЇ СИРОВИНИ ЯК

ЧИННИКА СПОЖИВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТА ЯКОСТІ

МЕТАЛОГОСПОДАРСЬКИХ ТОВАРІВ

Група металогосподарських товарів включає вироби, що застосовуються в домашньому господарстві для різних цілей і які виготовляються із чорних і кольорових металів та їх сплавів.

[Україна має достатньо розвинуту металургійну та машинобу­дівну базу, завдяки чому виробляє велику кількість металогосподар­ських товарів. В Україні виробляється більше сталі та чавуну, ніж у таких країнах Європи, як Велика Британія, Франція, Італія. Вироб­ництво продукції чорної металургії за останні п'ять років поступово збільшується. Так, у 2001 р. було виготовлено сталі 33,5 млн т, а чавуну — 27,7 млн т. Основними районами, де зосереджене вироб­ництво металогосподарських товарів, є Дніпропетровська, Донецька, Запорізька області. Необхідно зазначити, що сьогодні в Україні немає жодного регіону, де не було б підприємств, які виготовляють металогосподарські товари. Основними підприємствами з виробництва металогосподарських товарів є Новомосковський трубний завод (м. Новомосковськ), Запорізький сталепрокатний завод (м. Запоріжжя), Керченський металургійний комбінат (м. Керч). Заводи по виробництву металогосподарських виробів є в Києві, Вільнянську, Харкові, Донецьку та ін.

Особливістю формування ринку металогосподарських товарів України є наявність й імпортних товарів. Це, наприклад, металевий посуд таких відомих торгових марок, як ТеfаІ, Веgroff, ІmperіаІ (Тuttі), Zерtеr, Roslе. Це високоякісна продукція, яка становить конкуренцію вітчизняній. Однак є багато металогосподарських товарів, в основному із Туреччини, Китаю, Кореї, виробники яких використовують ім'я вищенаведених торгових марок і завозять в нашу державу дешеві підробки.]

Призначення виробу та раціональність його конструкції мають вирішальний вплив на вибір матеріалу при виготовленні металогосподарських товарів. В свою чергу властивості металів і сплавів та технологічні процеси, що використовуються, формують споживні властивості готових виробів. Знання властивостей металів і сплавів, крім того, необхідні для правильної організації транспортування, зберігання і експлуатації товарів.

Основними матеріалами, що використовуються у виробництві металогосподарських товарів, є чорні і кольорові метали та їх сплави. Ці матеріали дозволяють отримати шляхом цілеспрямованої модифікації їхнього хімічного складу і внутрішньої будови (структури) практично необмежену різноманітність властивостей виробів, необхідних для застосування в усіх галузях народного господарства.

В нинішній час із відомих 108 хімічних елементів 84 є металами. Останні дуже розповсюджені в природі і зустрічаються у вигляді різноманітних сполучень повсюди: в надрах землі, водах рік, озер, морів, океанів, у складі тіл тварин, рослин і навіть в атмосфері.

За своїми властивостям метали різко відрізняються від неме­талів. Такі характерні властивості металів як здатність до плас­тичної деформації, висока тепло- і електропровідність, позитивний температурний коефіцієнт електроопору і термоелектронна емісія (здатність випускати електрони при нагріванні) зумовлені особливостями їхньої внутрішньої будови. Атоми металів на зовнішніх орбітах мають невелике число електронів, які слабко зв'язані з ядром і знаходяться у відносно вільному стані. Наявність цих легкорухливих колективізованих електронів провідності і визначає хімічні та фізичні властивості металевих матеріалів.

Число вільних електронів у різних металах неоднакове і залежить від умов, в яких даний метал знаходиться (температура, тиск та ін.). Цим пояснюється різниця у властивостях різних металів, а також у властивостях одного металу при зміні умов, в яких він знаходиться.

Метали класифікують за зовнішнім виглядом, призначенням, температурою плавлення густиною, поширенням в земній корі та іншими ознаками.

Найширше розповсюджена класифікація, за якою метали і їхні сплави ділять на дві великі групи: чорні метали (залізо) і сплави та кольорові метали і їхні сплави. Крім того, метали зі схожими властивостями розділяють на групи згідно з Періодичною системою елементів Д. І. Менделєєва.

Чорні метали мають темно-сірий колір, велику густину, високу температуру плавлення, відносно високу твердість і в багатьох випад­ках володіють поліморфізмом. До них належать залізо, кобальт, нікель і марганець. Виділення цих металів і їхніх сплавів в самостійну Трупу зумовлене тим, що вони широко використовуються в багатьох галузях народного господарства і при виготовленні виробів побуто­вого призначення. На основі заліза виготовляється не менше 93% всіх конструкційних та інструментальних матеріалів.

Кольорові метали найчастіше мають характерний колір (черво-_ний, жовтий, білий) і за схожими властивостями поділяються "на легкі, густина яких не перевищує 5000 кг/м³ (магній, алюміній, титан, берилій), і важкі — з густиною понад 5000 кг/м³ (мідь, олово, свинець, цинк, вольфрам, срібло, золото, платина). В залежності від температури плавлення метали класифікуються на тугоплавкі і легкоплавкі. До тугоплавких належать метали, температура плавлення яких перевищує температуру плавлення заліза (1539°С): вольфрам (3416°С), тантал (2950°С), молібден (2622°С), титан (1725°С) та ін. До легкоплавких металів належать олово (232°С), свинець (327°С), цинк (419°С), магній (650°С), алюміній (659°С) та ін.

За хімічною активністю метали поділяють на благородні і неблагородні. До благородних металів характерна висока хімічна стійкість; до них належать срібло, золото і платина, що найчастіше зустрічаються в самородному вигляді. Неблагородні метали легко вступають у взаємодію з навколишнім середовищем; до них належать залізо, алюміній, мідь і цинк, які в природі знаходяться у вигляді руд, тобто природних хімічних сполук.

Всі метали і металеві сплави в твердому стані є кристалічними тілами, в яких атоми (іони) розміщені в просторі в суворому порядку, що періодично повторюється, утворюючи кристалічну гратку з мінімальною енергією взаємодії атомів. Кристалічна гратка являє собою уявну просторову сітку, у вузлах якої знаходяться атоми (іони), що утворюють метал (тверде кристалічне тіло). Найменший 9б'єм кристалу, що дає уяву про атомну структуру металу в усьому обсязі, називають елементарним кристалічним осередком.

Для більшості металів характерні три типи високосиметричних граток з щільною упаковкою атомів: кубічна об'ємно центрована, кубічна гранецентрована і гексагональна.

В кубічній об'ємно центрованій гратці (о.ц.г.) елементарний осередок утворюють дев'ять атомів, розташованих у вузлах ґратки і в центрі куба. Такий тип ґратки мають -залізо, хром, вольфрам, молібден, ванадій, натрій, літій, калій, ніобій,

тантал та ін.

В кубічній гранецентрованій гратці (г.ц.г.) елементарний осередок утворюють чотирнадцять атомів, розташованих у вузлах ґратки куба і в центрі кожної грані. Таку гратку мають у-залізо, алюміній, мідь, нікель, свинець, кальцій, срібло, золото, платина та ін.

В гексагональній гратці з щільною упаковкою атомів (г.щ.у.) в елементарному осередку є сімнадцять атомів, розташованих у верхівках шестигранної призми, в центрах верхньої і нижньої основи і всередині призми в площині, перпендикулярній граням. Таку гратку мають цинк, магній, титан до 882С (а-титан), телур, берилій та Ін.

Розміри кристалічної ґратки характеризуються величиною періодів, під якими розуміють відстань між найближчими паралельними атомними площинами, що утворюють елементарний осередок. Кубічну систему визначає один параметр:  - довжина ребра куба. Гексагональна гратка характеризується двома параметрами а і с або відношенням а/с, яке для щільно упакованої гексагональної ґратки становить постійну величину 1,633. Період ґратки вимірюється є ангстремах (1 А = 10-8 см) або кілоіксах (1кХ=1,00202 10-8 см). Період ґратки металів знаходиться в межах 1-7 А.

Важливою характеристикою структури металів є координаційне число, під яким розуміють число атомів, що знаходяться на рівній і найменшій відстані від даного атома. Чим вище координаційне число, тим більша щільність упаковки атомів, тобто відношення об'єму, який займають атоми, до всього обсягу ґратки.

Внаслідок правильного розташування атомів у кристалічній гратці щільність атомів у різноманітних площинах і напрямках різна, тому і багато властивостей кристалів (механічні, хімічні, магнітні тощо) в різних напрямках неоднакові. Відмінність властивостей кристалітів в залежності від напрямку випробування отримала назву анізотропії. Технічні метали складаються з великої кількості одно-типно побудованих кристалітів, але статистично невпорядковано орієнтованих один по відношенню до іншого, тому властивості в усіх напрямках більш-менш однакові. Такі полікристалічні метали є ізотропними.

Алотропія металів. Багато металів у твердому стані при зміні температури мають різну атомну будову, тобто існують в різних кристалографічних формах. Це явище називають поліморфізмом або алотропією, а процес - поліморфним або алотропним перетворенням.

Поліморфні модифікації позначають грецькими літерами , ,  і , які у вигляді індексів додають до символу, що позначає елемент (наприклад, Fе_, Fе_, Fе_.). Алотропна форма, яка існує при самій низькій температурі, позначається через (/, наступна - через  і т. д. Перетворення однієї модифікації в іншу при нагріванні чистого металу супроводжується поглинанням тепла, а при охолодженні - виділенням тепла. Поліморфні перетворення металів протікають в тому випадку, якщо при даній температурі цей метал може існувати з іншою кристалічною граткою і меншим запасом вільної енергії.

Перехід з однієї алотропної форми в іншу обумовлює зміну фізико-механічних властивостей металу. Окрім заліза і олова, поліморфні перетворення мають кобальт, марганець, телур, титан, цирконій, уран та інші метали.

Властивості металів залежать від складу, структури, наявності домішок і в значній мірі визначають їх оптимальне використання при виробництві товарів народного споживання.

Механічні властивості. Механічні властивості та їх показники враховуються при характеристиці та оцінці якості виробів із металів, які в процесі експлуатації або виробництва піддаються стисканню, розтягненню, згинанню та ін. Від механічних властивостей залежить призначення сплавів або металів, надійність виробів з них. Механічні властивості металів та сплавів характеризуються пружністю, плас­тичністю, твердістю, міцністю, в'язкістю, витривалістю,

Міцність. Міцністю металу називається його властивість чинити опір зовнішнім силам, не руйнуючись. Міцнісні характеристики є дуже важливими, оскільки чим вище міцність металу, тим менші розміри і маса деталей при тому ж навантажені і тим менші витрати металу на виріб. Тому перша вимога, яка висувається до металогосподарських товарів - це достатня міцність. Метали володіють більш високою міцністю у порівнянні з іншими матеріалами, тому деталі машин, механізмів і споруд, які працюють у навантаженому режимі, зазвичай виготовляються із металів і сплавів.

Твердість. Твердість - це спроможність тіла протидіяти проник­ненню в нього Іншого, більш твердого тіла. Багато виробів із металів повинні мати високу твердість (наприклад, інструментальні сталі і сплави).

Пружність. Пружністю металу є його властивість відновлювати свою форму після припинення дії зовнішніх сил, що спричинили зміну форми тіла (деформацію). Наприклад, для виготовлення ресор і пружин застосовуються спеціальні сплави і сталі, які володіють високою пружністю.

Пластичність. Пластичністю називається властивість металу деформуватися без руйнування під дією зовнішніх сил і зберігати нову форму після припинення дії сил. Пластичність - властивість, зворотна пружності.

В’язкість. В'язкістю називається спроможність металу чинити опір швидко діючим зовнішнім силам. В'язкість - властивість, зво­ротна крихкості. В'язкі метали застосовуються в тих випадках, коли деталі при роботі піддаються навантаженню.

Фізичні властивості. До фізичних властивостей, які мають важлизе значення при застосуванні товарів із металів та при оцінці їх якості, належать: колір, плавкість, електропровідність, магнітні, термічні властивості та ін.

Показники маси (ваги) матеріалів і готових виробів дуже часто використовуються при характеристиці та оцінці їх якості, а для деяких товарів, наприклад спортивних, є суворо нормованим показ­ником. Так, маса гранати повинна бути 300, 500 і 750 г, диску -500, 700, 1000, 1500 і 2000 г, спису - 500, 600 і 800 г. Показник часи металевих виробів враховується при їх розробці, конструкції, упаковці, транспортуванні і зберіганні.

Вага деталей із металів часто є найважливішою їх характеристикою, наприклад у авіа-, авто- і вагонобудуванні. Питома міцність (відношення межі міцності до питомої ваги) для деяких, наприклад алюмінієвих, сплавів вище, ніж для м'якої сталі.

Плавкість використовується для отримання відливок шляхом заливання розплавленого металу в форми. Деякі складні сплави мають настільки низьку температуру плавлення, що плавляться в гарячій воді. Такі сплави застосовуються для відливки типографських матриць, в приладах, які служать для захисту від пожеж, тощо.

Показники електричних властивостей металів мають велике значення при оцінці якості електротехнічних матеріалів і виробів з них. Основним показником електричних властивостей є електропро­відність. Електропровідність характеризує реакцію металів і виробів з них на проходження через них електричного струму. Метали з високою електропровідністю використовуються в електромашино­будуванні, для влаштування ліній електропередач, а сплави з високим електроопором — для ламп накалювання, електро­нагрівальних приладів тощо.

До металів з високою електропровідністю належать срібло і мідь, а також золото, хром, алюміній, марганець, вольфрам. Порів­няно погано проводить електричний струм залізо. Найменша електропровідність у вольфрам.

Деякі метали є магнетиками, тобто мають здатність намагні­чуватися під впливом магнітного поля. Фізична величина, яка характеризує магнітні властивості речовини і показує в скільки разів індукція в магнітного поля в однорідному середовищі відрізняється за модулем від індукції в магнітного поля у вакуумі, називається магнітною проникливістю

В залежності від магнітної проникності всі метали поділяються на пара-, діа- і феромагнітні.

Парамагнетиками називаються метали, які створюють слабке магнітне поле і яке за направленням збігається із зовнішнім полем, магнітна проникність ц навіть більш сильних парамагнетиків мало відрізняється від одиниці.

Метали-діамагнетики мають магнітну проникність менше одиниці. До них належать вісмут, германій, золото, мідь.

Метали, у яких магнітна проникність набагато більша одиниці, називаються феромагнетиками. Найбільш відомими представниками цих речовин є залізо, нікель, кобальт та ін.

Магнітні властивості металів відіграють першорядну роль в електромашинобудуванні (динамо-машини, електродвигуни, тран­сформатори), для приладів зв'язку (телефонні і телеграфні апарати) і використовуються в багатьох інших видах машин і приладів.

До термічних властивостей, що характеризують поведінку металу при дії на нього теплової енергії, і які є важливими при експлуатації готових виробів, належать теплоємність, теплопро­відність, термічне розширення, термостійкість та ін.

Теплоємність — це кількість теплоти, яка необхідна для підви­щення температури металу на ГС в певному інтервалі температур від Т₁ до Т,. Розрізняють питому теплоємність (відношення теплоємності до певної кількості речовин; г, кг), масову теплоємність (відношення питомої теплоємності до одиниці маси речовини), об'ємну теплоємність (відношення питомої теплоємності до одиниці об'єму). Питома теплоємність металів неоднакова.

Теплопровідність металів і сплавів характеризує їх властивість проводити тепло при різниці температур між окремими ділянками виробів. Вона дає можливість здійснювати рівномірний нагрів металів і сплавів для обробки тиском, термічною обробкою, забезпечує можливість спаювання металів, їх зварювання тощо.

Термічне розширення металів і сплавів характеризує їх властивість змінювати розміри в залежності від змін температур. Показником термічного розширювання матеріалів є відносний температурний коефіцієнт, який залежить від виду металу або хімічного складу сплаву, присутності домішок. Розрізняють лінійний та об'ємний температурний коефіцієнти.

Деякі сплави металів мають коефіцієнт лінійного розширення, близький до нуля; такі сплави застосовуються для виготовлення точних приладів, радіоламп та ін. Властивість розширення металів необхідно враховувати при виробництві будівельних матеріалів, металевих конструкцій. Потрібно також зважати на те, що дві деталі, виготовлені з металів, які мають різні коефіцієнти розширення і скріплені між собою, при нагріванні можуть дати вигин і навіть зруйнуватися.

Хімічні властивості. Серед хімічних властивостей є такі, які характеризують відношення металів і сплавів до дії різних речовин та середовищ. Найбільш суттєвими є: окислювальність, розчинність і корозійна стійкість.

Корозійна стійкість особливо важлива для виробів, які пра­цюють у дуже окислювальному середовищі (наприклад, колосни­кові ґратки). Для досягнення високої корозійної стійкості виробляють спеціальні нержавіючі, кислостійкі та жароміцні сталі, а також застосовують захисні покриття.

Технологічні властивості. Технологічні властивості мають надто важливе значення при виконанні тих або інших технологічних операцій. Основними технологічними властивостями металів є прокалюваність, рідкотекучість, ковкість, зварюваність, обробка різанням.

Спеціальні властивості. Спеціальні властивості металів визна­чаються їх здатністю не руйнуватися і зберігати свою структуру, склад і форму в специфічних умовах, тобто при підвищених або знижених температурах тощо.

Чисті метали, які зазвичай використовують в електро- і радіо­техніці, майже не застосовують у виробництві товарів народного споживання. Основними конструкційними матеріалами, які викорис­товують для виготовлення товарів народного споживання, є металеві сплави. Сама назва "сплав" означає, що це речовина, яку отримують сплавленням двох або більше хімічних елементів, що називаються компонентами, основним з яких є метал.

Металеві сплави мають кристалічну будову і володіють всіма властивостями, притаманними металам (металевий блиск, електро-і теплопровідність тощо). В залежності від числа компонентів сплави поділяють на подвійні (бінарні), потрійні і т. д. 3а_характером фізико-хімічної взаємодії компонентів розрізняють чотири основних типи сплавів: механічні суміші (І тип), тверді розчини необмеженої розчинності (II тип), тверді розчини обмеженої розчинності (III тип) і хімічні сполуки (IV тип).

Механічна суміш двох компонентів А і В утворюється у випадку, коли вони неспроможні до взаємного розчинення в твердому стані і не вступають в хімічну реакцію з утворенням сполуки. Кожний із металів, що утворюють такі сплави, зберігає свою кристалічну гратку.

Механічні суміші утворюються за умов, коли існують значні відмінності у властивостях металів, що входять до сплаву. Звичайно, що властивості такого сплаву будуть залежати від кількісного спів­відношення властивостей компонентів, що входять до нього. Такими сплавами є, наприклад, сплав свинцю з сурмою, цинку з оловом, алюмінію з міддю та ін.

Твердий розчин утворюється в тому випадку, якщо компоненти сплаву володіють взаємною розчинністю як в рідкому, так і в твер­дому стані. Твердий розчин — це однорідна (однофазна) кристалічна речовина, що має один тип кристалічної ґратки. Елемент, що зберіг свою кристалічну гратку, називають розчинником, а елемент, атоми якого увійшли в цю гратку, — розчинним. Розрізняють тверді розчини заміщення і тверді розчини впровадження (укорінення).

В твердих розчинах заміщення атоми розчиненого компонента заміщають частину атомів розчинника в його кристалічній гратці. При цьому параметри кристалічної ґратки розчинника змінюються в залежності від різниці атомних діаметрів розчиненого елементу і роз­чинника. Якщо атомний діаметр розчиненого елементу більше атом­ного діаметра розчинника, то елементарний осередок кристалічної ґратки розчинника збільшується; в протилежному випадку вона змен­шується. Тверді розчини заміщення з необмеженою розчинністю утворюються, якщо компоненти мають однотипні кристалічні ґратки.

Хімічні сполуки утворюються між елементами, розташованими далеко один від одного в Періодичній системі елементів, тобто істотно відрізняються за будовою і властивостями.

Хімічна сполука — це однорідне кристалічне тіло, склад якого постійний і визначається формулою А_пВ_т. Температура плавлення (дисоціації) хімічної сполуки постійна.

Атоми кожного елементу в гратці хімічної сполуки розмі­щуються упорядковано, тобто атоми кожного компонента розміщені закономірно і в певних вузлах ґратки. Кристалічна гратка хімічної сполуки і всі її властивості, як правило, різко відрізняються від гратки і властивостей елементів, що входять в нього. Наприклад, цементит має складну кристалічну гратку, несхожу на гратку заліза вуглецю, і володіє абсолютно іншими властивостями. Твердість цементиту в 10 разів вища твердості заліза і набагато вища твердості вуглецю.

Властивості сплавів залежать від їх температури, концентрації компонентів, фаз, структурних складових і графічно відоб­ражаються у вигляді діаграм стану.

Між діаграмами стану і властивостями сплавів існує певна залеж­ність. Ця залежність вперше була вивчена Н. С. Курнаковим, який встановив характер зміни твердості і електроопору сплаву в залежності від типу діаграми.

Так, для сплавів з компонентами, що утворюють механічну - суміш (І тип) твердість сплаву та електроопір змінюються за лінійним законом адитивно.

Для сплавів безперервних твердих розчинів (II тип) спостеріга­ються екстремальні зміни властивостей: навіть невеликі добавки іншого компонента в інший метал підвищують твердість сплаву і електричний опір

В сплавах з обмеженою розчинністю (III тип) при концентрі раціях, які відповідають однофазному твердому розчину, і властивості змінюються по криволінійній залежності, а в двофазній області — по прямій

Утворення хімічної сполуки в сплаві відзначається характерним переломом на кривій властивостей: твердість і електро­опір різко підвищуються.

Якщо знати зв'язок між типом сплаву і його властивостями, можна підібрати вид вихідних компонентів і їхню концентрацію для одержання сплаву з необхідними властивостями для виробів в залежності від їхнього призначення.

У виробництві металогосподарських товарів найбільш пошире­ними металевими матеріалами є сплави заліза: сталі і чавуни.

Сплави заліза з вуглецем, які містять до 2,14% вуглецю, нази­вають сталями, а сплави, що містять вуглецю 2,14—6,67%, -чавунами. Сплави заліза з більшим вмістом вуглецю не використовують у Зв'язку з великою крихкістю. У сталях і чавунах вуглець є другим (після заліза) основним елементом і в цих сплавах може знаходитися в" двох видах: у вільному стані — у вигляді графіту або у вигляді хімічної сполуки — називається карбідом заліза (Ре₃С) або цементитом. Вміст вуглецю в цементиті становить 6,67%. Окрім вуглецю, в чавуні присутні постійні домішки: кремній, марганець, сірка, фосфор тощо, які в різній мірі впливають на його властивості.

Чавуни за призначенням поділяють на переробні, спеціальні (феросплави) і ливарні. Переробні і спеціальні чавуни використо­вують для плавлення сталі, ливарні — для відливання різноманітних деталей і виробів. Властивості ливарних чавунів визначаються вугле­цем, що може знаходитися як у формі графіту, так і у вигляді зв'язаного вуглецю Ре₃С (цементиту).

За структурою чавуни поділяють на білі, сірі, модифіковані та ковкі.

Білим називають чавун, в якому весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у формі цементиту. На зламі він має білий колір і характерний металевий блиск. Білий чавун використовують для виплавляння сталей.

Сірим називають чавун, в якому весь вуглець або більша його частина знаходиться у вигляді графіту. Такий чавун на зламі має сірий колір у зв'язку з великою кількістю графіту.

Сірі чавуни в залежності від механічних властивостей випус­кають 11 марок: СЧОО, СЧ12-28. СЧ15-32, СЧ18-36 і т. д. до СЧ44—64. Літери "СЧ" означають "сірий чавун", перші дві цифри після літер — межу міцності при розтягуванні, другі — межу міцності при випробуванні на згин, кгс/мм². Для чавуну марки СЧОО механічні властивості не визначаються.

Застосовують сірі чавуни для виготовлення методом лиття деталей і виробів, що зазнають невеликих навантажень в роботі. Використовують їх для виготовлення посуду, прасок, корпусів м'ясо рубок, корпусів замків і швацьких машин, деталей холодильників, верстатів, автомобілів і т. д.

Модифіковані чавуни відрізняються від сірих дрібними графіт­ними включеннями кулькоподібної форми, що призводить до підви­щення механічних властивостей чавунів. Для отримання модифіко­ваних чавунів до їх складу вводять модифікатори (магній або церій), які подрібнюють частинки графіту.

Високоміцні (модифіковані) чавуни випускають дев'яти марок і позначають ВЧ38-17, ВЧ45-5, ВЧ50-1, 5 і т. д. до ВЧ120-4. Літери "ВЧ" означають "високоміцний чавун", перші цифри після літер — межа міцності при розтяганні кгс/мм², другі — відносне подовження, %. Застосовують високоміцні чавуни для виготовлення деталей, що піддаються значним навантаженням, наприклад колінчастих валів, зубчастих коліс, станин верстатів, молотів, пресів, прокатних валків, корпусів насосів парових турбін, деталей автомобілів і т. д.

Ковкі чавуни — це чавуни, які виробляють з білого чавуну шляхом термічної обробки — топлення (довготривалого нагрівання при + 1000Х з піском або ферум оксидом). Ця операція призводить до розкладання карбіду заліза, в результаті чого зменшується крихкість і збільшується пластичність.

Ковкі чавуни виготовляють 9 марок і позначають КЧ37—12, КЧ35-10, КЧ38-8 і т. д. до КЧ63-2. Літери "КЧ" означають "ковкий чавун", а цифри — те саме, що і у високоміцних чавунів. Застосовують їх для виготовлення деталей, працюють при більших динамічних і статичних навантаженнях, наприклад всіляких гаків, трійників, вентилів, хрестовин для водопроводу, гайкових ключів, гайок та ін.

За хімічним складом сталі поділяють на вуглецеві та леговані.

Вуглецеві сталі. Вуглецевими сталями називають сплави заліза з вуглецем, що містять менше 2,14% вуглецю. Окрім вуглецю, в сталі зазвичай містяться домішки марганцю, кремнію, фосфору, сірки, кисню, азоту, водню та інших елементів, що потрапляють в сталь при її виплавці.

Властивості сталі залежать від способу виплавки та її хімічного складу. Для одержання сталі використовують переробний чавун і ^відходи металообробки. За хімічним складом сталь відрізняється ^В'Д переробного чавуну меншим вмістом вуглецю, марганцю, кремнію і шкідливих домішок.

Марганець міститься у сталі в якості домішки в кількості 0.4-0,8%.

Кремній є корисною домішкою, його вміст у сталі може становити до 0,5%. Кремній значно підвищує міцність сталі.

Фосфор для більшості сталей є шкідливою домішкою, і вміст його не повинен перевищувати 0,05%. Фосфор збільшує міцність, знижує пластичність і в'язкість сталей, що викликає холодоламкість сталі. Однак в ряді випадків фосфор може бути корисним, наприклад вміст фосфору 0,06—0,15% покращує оброблюваність автоматних сталей ріжучим інструментом.

Сірка є шкідливою домішкою, яка призводить до тріщин при гарячій деформації сталі, тобто викликає її червоноламкість. Вміст сірки в сталі не повинен перевищувати 0,06%. В автоматних сталях вміст сірки допускається до 0,08-0,30%, оскільки вона полегшує обробку сталі різанням.

Кисень, азот і водень є шкідливими домішками. Вміст кисню, азоту і водню допускається не більше 10²—10⁴ %.

Вуглецеві сталі класифікують за призначенням та якістю.

За призначенням вуглецеві сталі поділяють на конструкційні та інструментальні. Конструкційні вуглецеві сталі поділяють на сталь якісну і сталь звичайної якості (ГОСТ 380-94 "Сталь углеродистая обьїкновенного качества. Марки"); інструментальні — на якісну і високоякісну.

Вуглецеві конструкційні сталі звичайної якості поділяють на три групи: А, Б і В.

Сталі групи А поставляють з гарантованими механічними власти­востями і застосовують без додаткової гарячої обробки. Сталі цієї групи маркірують СтО, Стіпс, Стісп, Ст2кп, СтЗпс, Ст4кп, Ст4пс, Ст5пс, Стбпс та ін. Літери "Ст" означають сталь, цифра — умовний номер її марки (від 0 до 6). Із збільшенням номера міцність сталі збільшується, наприклад для Стіпс межа міцності така: о = 32 — 42 кгс/мм², а для Стбпс — понад 60 кгс/мм².

Сталі групи Б поставляють з гарантованим хімічним складом. В позначці цих сталей спереду додають літеру "Б" і їх маркірують наступним чином: БСтО, БСт2, БСтЗ, БСтікп, БСт2кп і т. д. до БСбкп, БСтбпс, БСтбсп. Чим більший номер сталі, тим більше в ній вміст вуглецю і тим вище її міцність.

Сталі групи В поставляють з гарантованими механічними властивостями і хімічним складом. В позначці сталі додається літера "В", наприклад, ВСтікп, ВСт2кп, ВСтЗкп, ВСтЗсп, ВСт4пс, ВСт4сп, ВСт5пс, ВСт5сп та ін.

Сталі групи А застосовують для виготовлення деталей і виробів механічною обробкою (без гарячої обробки). Якщо при виготовленні деталей або виробів необхідне нагрівання до певних температур (наприклад, при термообробці), то використовують сталі групи Б. Сталі групи В застосовують при виготовленні зварних виробів, при використанні гарячої пластичної деформації, а також при зміцненні термічною обробкою.

Вуглецеві конструкційні якісні сталі позначають цифрами: 08, 10, 15, 20, 25 і т. д. до 85. Цифри показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Наприклад, сталь 50 містить 0,47—0,55% вуглецю. В сталях з підвищеним вмістом марганцю (до 1%) в маркіру­ванні додається літера "Ґ": 60Г, 65Г, 70Г. В сталях всіх марок вміст сірки допускається не більше 0,040%, а фосфору — не більше 0,035%. Крім того, якісна сталь менш забруднена неметалічними включеннями і має менший вміст розчинених газів, ніж сталь звичайної якості. Якісні вуглецеві сталі мають певний хімічний склад або певні механічні властивості. Ці сталі застосовують для виготовлення деталей підвищеної міцності або таких, що піддають ударним навантаженням (шестерні, вали, інструменти тощо), а також для виготовлення деталей, що зміцнюються термічною обробкою.

Вуглецеві інструментальні якісні сталі маркірують літерою "У" і цифрою, що показує вміст вуглецю в десятих частках відсотка: У7, У8, У9, ... У13. Вміст сірки і фосфору в цих сталях не повинен перевищувати 0,03%.

Вуглецеві інструментальні високоякісні сталі маркірують так само, як і якісні, але з додаванням літери "А", наприклад У8А, У9А і т.д. Такі сталі містять менше шкідливих домішок. Вміст сірки і фосфору не повинен перевищувати 0,02%.

Вуглецеві інструментальні сталі мають високу твердість, міцність і невисоку вартість. Висока їх твердість і міцність обумовлена підвищеним вмістом вуглецю (0,8—1,3%). Сталі У7, У7А, У8, У8А застосовують для зубил, тавр, ножів, ножиць, ножів і ґраток м'ясорубок, інструментів для обробки деревини; У9, У9А, У10, У10А, У11, УПА — для мітчиків, свердел, ножівкових полотен, розверсток, різців для обробки м'яких матеріалів; У12, У12А, У13 і У13А — для напильників, бритв, граверних інструментів.

Основним недоліком вуглецевих інструментальних сталей є низька теплостійкість. При нагріванні вище 200°С їхня твердість різко знижується, тому інструменти з таких сталей застосовують при невеликих швидкостях різання.

Леговані сталі. Легованими називають сталі, в які вводять один або декілька легуючих елементів для одержання заданих властивостей.

Леговані сталі поділяються за хімічним складом, мірою легованості та призначенням.

До легуючих елементів належать кремній, хром, нікель, марга­нець, молібден, вольфрам, ванадій, титан, ніобій, тантал, алюміній, бор та ін. В залежності від хімічного складу, що визначається легуючими елементами, леговані сталі поділяють на хромисті, хромонікелеві, хромонікельмолібденові і т. д. Сталь вважають легованою хромом і нікелем, якщо їхній вміст становить 1% і більше. Кремній вважається легуючим елементом, якщо його вміст в сталі перевищує 0,4-0,5%, а марганець - при вмісті понад 0,8-1%. Сталі, що містять більш 0,1—0,5% молібдену, вольфраму, ванадію, титану й інших елементів, вважаються легованими цими елементами. Легуванням можна підвищити міцність і пластичність сталі, збільшити червоностійкість, підвищити опір спрацюванню і корозії, надати сталі особливі фізичні і хімічні властивості. Переваги легованої сталі виявляються після термічної обробки.

Нікель підвищує міцність сталі, збільшує її пластичність, ударну в'язкість і прогартовуваність, перешкоджає зростанню зерна при нагріванні і знижує короблення сталі при термічній обробці.

При введенні більше 12,5% хрому і 18-20% нікелю сталь стає немагнітною, набуває високої міцність, пластичності, корозійної стійкості і жароміцності.

Кремній підвищує твердість, пружність, корозійну стійкість і жаростійкість сталі, але знижує її пластичність. При вмісті кремнію до 1,5% в'язкість зберігається достатньою; такі сталі застосовують для виготовлення пружин і ресор. При вмісті кремнію біля 4% збільшується електроопір сталі.

Марганець підвищує міцність сталі і ріжучі властивості інструменту, що з неї виготовляється. Однак при вмісті марганцю понад 1,5% сплав стає крихким, тому в конструкційних сталях кількість марганцю не перевищує 2%. Вольфрам, молібден, ванадій, титан значно підвищують твердість сталі.

За ступенем легування сталі поділяють на низьколеговані, що містять не більше 2,5—3% легуючих елементів, середньолеговані — від 3 до 10% і високолеговані, що містять понад 10% легуючих елементів.

Для маркірування легованих сталей прийнята система літер і цифр. Умовна позначка, виражена таким способом, показує приблизний хімічний склад сталі.

Легуючі елементи позначають наступними літерами: марга­нець — Г; кремній — С; хром — X; нікель — Н; вольфрам — В; молібден — М; ванадій — Ф; титан — Т; алюміній — Ю; мідь — Д; ніобій - Б; кобальт - К; бор — Р; цирконій — Ц; фосфор — П.

Вміст легуючих елементів вказується після відповідної літери в цілих числах. При вмісті легуючого компонента в межах 1% і менше цифру не ставлять. Більшість легованих конструкційних сталей виплавляється якісними ( 0,035% 3 та 0,035% Р). У високоякісних сталях вміст сірки і фосфору не повинен перевищувати 0,025%. В кінці маркірування таких сталей проставляють літеру "А". Наприклад, сталь марки 18ХГТ містить 0,18% С, 1% Сг, 1% Мп і 0,1% Ті; сталь марки 35Х2МА містить 0,35% С, 2% Сг, 1% Мо і є високоякісною.

У інструментальних сталей вміст вуглецю позначають в десятих частках відсотка. Наприклад, сталь марки 9ХС містить 0,9% С, 1% Сг і 1,4% 5і. Якщо вуглецю міститься більше 1%, то цифри не ставлять. Наприклад, сталь марок ХВГ, ХГ та ін.

В ряді випадків сталі маркірують умовними літерами, що характеризують тип сталі, з додаванням цифри, яка вказує номер сплаву і водночас показує вміст основного легуючого компонента.

Шарикопідшипникові сталі позначають літерою "Ш", швидкоріжучі інструментальні — "Р", сталі для постійних магнітів — "Е", електро­технічні сталі (динамні і трансформаторні) — "З", автоматні сталі — "А". Леговані сталі, які не ввійшли в державні стандарти, позначають літерами "ЗИ" та "ЗП" і номером. Літера "З" означає, що сталь виплавлена на заводі "Електросталь", літера "И" — сталь дослідна, а літера "П" — спробна сталь, наприклад ЗИ257, ЗП398 і т. д.

За призначенням леговані сталі поділяють на три групи: конструкційні, інструментальні сталі, сталі і сплави з особливими властивостями.

Конструкційні леговані сталі володіють високою міцністю, пластичністю і в'язкістю. їх застосовують для виготовлення деталей машин, верстатів, механізмів, конструкцій, товарів народного спожи­вання та ін.

З інструментальних легованих сталей виробляють вимірю­вальні, ріжучі інструменти тощо. Тому ці сталі повинні володіти високою твердістю (НРС62—65), зносостійкістю і зберігати надані розміри протягом тривалого часу. Цим вимогам відповідають хромисті, хромокремнієві і хромовольфрамомарганцеві сталі з підвищеним вмістом вуглецю (до 1,0—1,4%).

До сталей і сплавів з особливими властивостями належать нержавіючі сталі, сплави з високим електроопором, магнітні сталі і сплави, сплави з особливими фізичними властивостями та ін.

Нержавіючі сталі володіють корозійною стійкістю в атмосфер­них умовах, у водних розчинах солей, кислот, лугів та інших агре­сивних середовищах. Основним легуючим елементом, що забезпечує корозійну стійкість, є хром. Корозійна стійкість хромистих сталей пояснюється утворенням на поверхні захисної щільної плівки типу Сг₂0₃, що утворюється при вмісті хрому понад 12,5%. Сталі з підвищеним вмістом хрому (до 25—28%) застосовують при виготовленні обладнання в харчовій промис­ловості.

Підвищення корозійної стійкості і механічних властивостей хромистих сталей досягається введенням нікелю. Хромонікелеві сталі володіють кращими технологічними властивостями, ніж хромисті сталі; вони краще зварюються, штампуються і не втрачають пластичності при низьких температурах. Крім того, хромонікелеві сталі мають більш високу корозійну стійкість в прісній і морській воді, харчових кислотах, водних розчинах лугів і хлористих солей. Хромонікелеві сталі використовують для виготовлення кухонного посуду, баків пральних машин, деталей холодильників, галантерейних виробів та ін.

До сплавів з особливими і фізичними властивостями належать інвар, платиніт, елінвар.

Інвар - сплав заліза з 36% Мі - Н36 - зберігає постійним коефі­цієнт лінійного розширення в інтервалі температур від -100 до 100°С. Інвар використовують для виготовлення деталей приладів, що не повинні змінювати розміри при коливанні температури.

Платиніт - Н48 - залізонікелевий сплав, що містить близько 48% Иі. Цей сплав має коефіцієнт лінійного розширення такий самий, як у платини і скла (а=9 10-6 0С-1). Платиніт застосовують в якості провідників для введення в скляні прилади (електроди для ламп накалювання, електровакуумних приладів, радіодеталей).

Елінвар - залізонікелевий сплав 42НхТЮ (41,5 - 43,5% Мі, 5,3-5,9% Сг, 2,4-3,0% Ті і 0,5-1,0% АІ) - має низький коефіцієнт ліній­ного розширення і зберігає пружні властивості в інтервалі температур від -50 до 100°С. Застосовують цей сплав для виготовлення годинни­кових пружин, камертонів і деталей точних приладів.

Сплави на основі кольорових металів. Кольорові метали в загальному світовому виробництві металевих матеріалів становлять усього близько 6%. Це пояснюється тим, що в земній корі більшість кольорових металів знаходиться в незначних кількостях: Си - 0,01; N1 - 0,008; 2п - 0,005; 5п - 0,0006; Ад - 1 10⁵; Аи і Р* - 5 10⁷. Добу­вання кольорових металів з руд має певні труднощі, тому ці метали набагато дорожчі чорних металів. За вартістю вони можуть бути розміщені в наступному порядку (за ступенем зменшення вартості): 5п, Мі, Си, Мд, АІ, РЬ.

Кольорові метали володіють цінними властивостями, тому майже всі вони знаходять практичне застосування в різноманітних областях техніки і при виготовленні товарів народного споживання. Разом з тим кольорові метали прагнуть замінити чорними, менш дефіцитними і більш дешевими металами або синтетичними матеріалами, якщо така заміна не погіршує споживних властивостей товарів народного споживання.

При виготовленні металотоварів використовують сплави алю­мінію, міді, нікелю, хрому, цинку, олова, титану, вольфраму та ін.

Алюміній та сплави на його основі. Алюміній - легкий метал сріблясто-білого кольору із густиною 2700 кг/мЗ і температурою плавлення 660°С. Алюміній особливої чистоти (99,996% А1) має межу міцності с?=5-6 кг/мм2, твердість НВ 17, відносне розтягнення 8=50%. Він добре обробляється тиском в гарячому і холодному станах, володіє високою електропровідністю. Але алюміній у чистому вигляді не використовується для виготовлення металогосподарських виробів.

Застосування алюмінію зумовлене його властивостями. Алюміній високої чистоти використовують у виробництві електричних конденсаторів, випрямлячів і напівпровідникових приладів. Чистий алюміній застосовують у виробництві дзеркал, відбивачів і для захисту сталі від корозії шляхом плакування, дифузійної металізації і покриття алюмінієвими фарбами. Алюміній застосовують при виготовленні обладнання і апаратів харчової промисловості, а також фольги для упакування харчових продуктів. Сплави алюмінію використовують у виробництві посуду для приготування і зберігання харчових продуктів. З алюмінію виготовляють листи, дріт, фольгу тощо. Введення легуючих елементів, (магній, марганець, мідь, кремній, цинк, титан) істотно змінює його властивості і дозволяє отримати алюмінієві сплави з високою міцністю, малою щільністю і гарними технологічними властивостями.

За технологічною ознакою алюмінієві сплави поділяють на такі, що деформуються, і ливарні (ГОСТ 1583-93 "Сплавьі алюминиевьіе литейньїе. Технические условия" та ГОСТ 4784-97 "Алюминий и сплавьі алюминиевьіе деформируемьіе. Марки").

Алюмінієві сплави, які деформуються, поділяють на такі, що не зміцнюються термічною обробкою, і такі, що зміцнюються нею.

До першої групи сплавів належать сплави на основі марганцю та магнію. Сплав алюмінію з марганцем містить алюміній і лише 1,0-1,6% Мп. Сплав алюмінію з магнієм містить, окрім магнію, 0,15-0,36% Мп, решта - алюміній. Ці сплави володіють високою пластичністю, стійкістю до корозії, гарною зварюваністю і значно зміцнюються при пластичній деформації.

Сплави алюмінію з марганцем застосовують для виготовлення баків пральних машин, посуду. Сплави алюмінію з магнієм викорис­товують для зварних місткостей, трубопроводів і середньо-наван­тажених деталей і конструкцій.

Сплави алюмінію другої групи легують елементами, що мають обмежену при нагріванні розчинність, яка зменшується із зниженням температури. Характерними зміцнювальними сплавами є сплави алюмінію з міддю, які називають дюралюмінами. Дюралюміни маркіруіоть літерою "Д" і цифрою, що вказує номер сплаву: Д1, Д6, Д16, Д18, ДїЮГцих сплавах як основний легуючий компонент міститься мідь (3,8-4,8%), а також додаються магній (0,4-2,3%) і марганець (0,4-0,8%).

Істотним недоліком сплавів типу дюралюміну є їхня низька корозійна стійкість. Щоб захищати листи від корозії, їх піддають плакуванню. Плакування полягає в тому, що обидві поверхні листа з сплаву покривають тонким шаром алюмінію високої чистоти (не менше 99,5%), нагрівають і прокатують до необхідного розміру. В результаті спільної прокатки на поверхні листа утворюється тонкий шар (3-5% загальної товщини) корозійностійкого чистого алюмінію.

Сплави алюмінію, що деформуються і зміцнюються термічною обробкою, добре деформуються в гарячому і в холодному стані безпосередньо після загартування і є нарівні зі сталлю основним конструкційним матеріалом, з якого виготовляють листи, труби, профілі, прути, стрічки тощо. Ці напівфабрикати використовують в будівництві, при виготовленні металевих меблів тощо.

Ливарні алюмінієві сплави призначені для фасонного лиття і повинні володіти рідкотекучістю для гарного заповнення форми, малою усадкою, міцністю, добре оброблятися ріжучим інструментом і мати достатню корозійну стійкість. За хімічним складом ливарні алюмінієві сплави поділяють на п'ять груп.

До першої групи належать сплави, леговані кремнієм (АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9, АЛ9В, АЛ34), до другої — кремнієм та міддю (АЛЗ, АЛЗВ, АЛ5, АЛ10, АЛ10В, АЛ14, АЛ14В, АЛ15, АЛ15В, АЛ32), до третьої - міддю (АЛ7, АЛ7В, АЛ19), до четвертої — магнієм (АЛ8, АЛ13, АЛ18, АЛ22, АЛ23, АЛ27, АЛ28, АЛ29), до п'ятої — кремнієм, цинком, магнієм та іншими елементами (АЛ1, АЛ11, АЛ16В, АЛ17В, АЛ18В, АЛ20, АЛ21, АЛ24, АЛЗО). В ливарні до алюмінієвих сплавів додають марганець, залізо, хром, титан, берилій, нікель, цирконій для надання тих або інших властивостей. Ливарні алюмінієві сплави в маркіруванні мають літери "АЛ" (алюмінієвий ливарний) і номер, що не вказує хімічний склад.

Найбільше розповсюдження зазначених груп отримали сплави алюміній — кремній, що називають силумінами, які містять 4—13% Зі. Силуміни володіють гарною рідкотекучістю, зварюваністю, не дають тріщин при вистиганні, але мають малу міцність і незначну плас­тичність. Так, силумін АЛ2 має межу міцності о_а=14 кгс/мм² і відносне подовження 8=3%. Підвищення міцності силумінів досяга­ється введенням магнію, міді і цинку при одночасному зниженні вмісту кремнію. Це дозволяє зміцнити сплави термічною обробкою.

Ливарні алюмінієві сплави застосовують для виготовлення деталей побутових машин, велосипедів, мотоциклів, автомобілів, ножових товарів, інструментів, приладдя для вікон і дверей.

У виробництві товарів народного споживання використовують, окрім первинних, вторинні сплави алюмінію, які виготовляють з ливарних відходів, відходів штампувального виробництва і механічних цехів (стружки, обрізки, висічка).

Мідь та сплави на її основі. Мідь — пластичний метал червонувато-рожевого кольору з густиною 8940 кг/мм³ і темпера­турою плавлення 1083°С. Чиста мідь у відпаленому стані має о _в= 22-24 кгс/мм², 8 = 50%,\|/ = 75%, твердість НВ 45. Мідь володіє найбільшими після срібла електро- і теплопровідністю у порівнянні з іншими металами, має гарну корозійну стійкість у звичайних атмосферних умовах, в прісній і морській воді та інших агресивних середовищах, але не володіє корозійною стійкістю в середовищі із сірчистими газами і аміаку. При взаємодії з харчовими кислотами мідь утворює токсичні сполуки.

Властивості міді істотно змінюються за наявності навіть неве­ликих кількостей домішок, наприклад вісмут, свинець, сурма, миш'як, фосфор, залізо, срібло, цинк, кисень.

Половину всієї міді споживає електро- і радіотехнічна про­мисловість для виготовлення провідників, теплообмінників, припоїв, порошку для потреб металокераміки. Для виробництва товарів народного споживання використовують сплави міді: латуні, бронзи і сплави_міді з нікелем.

Латинями називають подвійні і багатокомпонентні сплави на основі міді, в яких основним легуючим елементом є цинк. В двокомпонентних латунях, що називають простими, при збільшенні вмісту цинку до 39% підвищується їхня міцність і пластичність.

Латуні з 18—20% 2п мають жовто-червоний колір, з 20 — 30% -буро-жовтий і з 30-42% — світло-жовтий. Прості латуні позначають літерою "Л" і цифрою, що вказує на середній вміст міді в сплаві (у відсотках). Кількість цинку визначають за різницею від 100%. Наприклад, латунь марки Л70 містить Си і Zn відповідно 70 та 30%.

За технологічною ознакою латуні поділяють на такі, що дефор­муються, і ливарні.

До першої групи належать прості латуні Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, ЛбЗ, Л60 і багатокомпонентні латуні, леговані оловом, алюмінієм, кремнієм, свинцем і тощо, з вмістом легуючих компонентів до 2%.

Ливарні латуні — це багатокомпонентні сплави міді, що містять 14—38% 2п, леговані алюмінієм, кремнієм, залізом і свинцем, вміст яких становить понад 3%. Це латуні ЛА67—2,5, ЛКС80—З—З, ЛАЖМц66-б-3-2, ЛМцС58-2-2 та ін.

Латуні першої групи застосовують при виготовленні духових музичних інструментів, посуду, самоварів, галантерейних і ювелірних виробів, гільз для мисливських патронів. Ливарні латуні застосовують при виготовленні підшипників, втулок, шестерень та інших антифрикційних деталей.

Бронзи— це сплави міді з оловом, алюмінієм, кремнієм, берилієм

та іншими елементами, серед яких цинк є основною добавкою.

Маркірують бронзи літерами "Бр" і першими літерами_основних легуючих компонентів, за якими йдуть цифри, що показують їхній вміст (%). Вміст міді визначається за різницею від 100%. Наприклад, бронза БрА7 містить 7% А1, решта — мідь: БрОЦС4— 4—2,5—4% 5п, 4% 2п і 2,5% РЬ, решта — мідь. В залежності від хімічного складу всі бронзи поділяють на олов’яні і спеціальні.

В олов'яних бронзах основним легуючим компонентом є олово. За технологічною ознакою ці бронзи поділяють на такі, які дефор­муються, і ливарні. До таких, що деформуються, належать бронзи марок БрОФ4-0,25, БрОФ6,5-0,15, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-2 з вмістом олова до 5—6%. Ці бронзи володіють достатньою пластич­ністю (5=20—23%), високими антифрикційними і пружними власти­востями (особливо фосфористі бронзи) і високою міцністю від утоми в корозійних середовищах. З них виготовляють стрічки, смуги, прутики, дріт для пружин, трубки, підшипникові деталі.

До ливарних олов'яних належать бронзи марок БрОЦС5—5—5, БрОЦС4-4-17, БрОЦСЗ-12-5, БрОЦСЗ,5-7,5. Вони мають малу усадку і гарну рідкотекучість, тому їх застосовують при відливці складних за конфігурацією деталей і виробів.

Олов'яні бронзи володіють корозійною стійкістю в атмосфері, морській воді, лужних розчинах, добре обробляються різанням. Олов'яні бронзи широко використовують як антифрикційні сплави для виготовлення підшипників, вкладишів, шестерень, працюючих при значних питомих навантаженнях протягом тривалого часу. При виготовленні товарів народного споживання олов'яні бронзи застосовують для відливки художніх виробів — статуеток, бюстів, барельєфів, корпусів настільних годинників. Бронзи для художнього лиття виготовляють з брухту і відходів кольорових металів марок БХ1, БХ2, БХЗ з вмістом олова відповідно близько 6,3 і 2%. Крім того, до їхнього складу входять цинк, свинець і до 3% домішок.

Спеціальні бронзи в якості легуючих компонентів містять алю­міній, марганець, кремній, берилій і т.д. Назва таким бронзам дається за основним легуючим компонентом — алюмінієва, марганцева, кремнієва, берилієва і т.д. Спеціальні бронзи за багатьма властивостями не поступаються дорогим олов'яним, а в деяких випадках переважають їх.

Безолов'яні бронзи за технологічною ознакою поділяють на такі, що деформуються, і ливарні.

До бронз, що деформуються, належать бронзи з вмістом основ­ного легуючого компонента до 10%: БрА5, БрА7, БрАЖМцЮ—З— 1,5, БрАЖ9, БрАЖМЮ-4-4, БрАМц9-2, БрКМцЗ-1, БрКМц1-3. Вони володіють достатньою пластичністю, добре обробляються пресуванням і прокаткою в гарячому стані, а в ряді випадків і в холодному стані. З них виготовляють труби, стрічки, прути, різноманітні профілі, що використовуються при виробництві всіляких виробів. Бронзу БрА5 застосовують для карбування монет. Берилієва бронза БрБ2 після термічної обробки має межу міцності ст_в=130—150 кгс/мм², 6=2% і НВ 400. Цю бронзу застосовують в приладобудуванні для виготовлення відповідальних пружин, мембран та інших пружистих (пружних) деталей.

До ливарних належать бронзи БрАЖ9—4, БрАЖМцЮ—3—1,5, БрАЖМ11—6—6 та інші, які володіють високою міцністю, корозійною стійкістю і гарними антифрикційними властивостями, їх використовують для фасонного лиття, шестерень, втулок, підшипників і деталей, що працюють при більших навантаженнях в агресивних середовищах.

Сплави міді з нікелем утворюють безперервний ряд твердих розчинів. При додаванні до міді нікелю зростають її міцність, електроопір і корозійна стійкість. Такі сплави добре обробляються тиском в гарячому і холодному станах.

Мідно-нікелеві сплави поділяють на конструкційні і електро­технічні.

Мельхіор має сріблястий колір, високу корозійну стійкість в повітряній атмосфері, прісній і морській воді, добре обробляється тиском в гарячому і холодному станах. З мельхіору виготовляють прилади для сервіровки стола, ювелірні вироби та ін. Листи і стрічки з мельхіору застосовують для виготовлення розмінної монети, медичних інструментів і деталей в точній механіці.

Нейзильбер — сплав гарного сріблястого кольору з синюватим полиском. Після деформації він має високу міцність, пружність і володіє корозійною стійкістю в багатьох середовищах. Застосовується для виробництва посрібленого посуду і художніх виробів, приладів точної механіки, медичних інструментів, парової і водяної арматури.

Електротехнічні мідно-нікелеві сплави є сплавами високого електроопору. До них належать константан, нікелін, манганін, які володіють більшим питомим опором (р=4,35х10⁷—5,2хЮ'⁷ ом м), який мало змінюється при зміні температури.

Константан і нікелін корозійностійкі, мають досить гарні механічні властивості і добре обробляються тиском. Застосовують їх для виготовлення реостатів, термопар і нагрівальних приладів з робочою температурою до 500°С.

Манганін володіє високою корозійною стійкістю в атмосферних умовах, але не жаростійкий. Його застосовують для виготовлення приладів електроопору з робочою температурою до 100°С і в точних електровимірювальних приладах.

Нікель і його сплави. Нікель — пластичний сріблясто-білий метал з щільністю 8900 кг/м³ і температурою плавлення 1453Х. Механічні властивості нікелю:с_в=40—50 кгс/мм²; 5=45% і НВ 60—80. Він володіє високою корозійною стійкістю в повітряній атмосфері, воді, розчинах органічних кислот. Мінеральні кислоти, особливо азотна, сильно діють на нікель.

Чистий нікель добре полірується і набуває приємного зовніш­нього вигляду і блиску, що зберігається тривалий час. Нікель не токсичний, не руйнує вітамінів і широко використовується як захисно-декоративне покриття столових приладів, посуду, а також для захисту від корозії інструментів, приладів для вікон і дверей, металевих меблів, деталей велосипедів, мотоциклів, автомобілів тощо. Використовують його і у виробництві лужних акумуляторів. Велика кількість нікелю застосовується для отримання сплавів з іншими металами, в яких він є легуючим елементом або основою сплаву. В якості легуючого елементу нікель використовують в спеціальних сталях, що володіють високими механічними, антикорозійними, магнітними або електричними властивостями. Основними сплавами на нікелевій основі є ніхроми і монель-метал. Монель - метал НМЖМц28-2,5-1,5 (28% Си, 2,5% Ре; 1,5% Мп, решта — нікель) відрізняється високими механічними властивостями і корозійною стійкістю. В чистій атмосфері цей сплав не тьмяніє, стійкий до води, більшості органічних кислот і практично не кородує в нейтральних і лужних розчинах органічних сполук. В атмосфері, що містить сірчисті сполуки і вологу, монель-метал покривається плівкою від зеленого до коричневого кольору. Цей метал застосо­вують для виготовлення деталей хімічної апаратури, насосів, працюючих в агресивних середовищах, в ювелірному виробництві.

Хром, цинк, олово, титан, вольфрам і благородні метали

Хром — твердий метал сіро-сталевого кольору з щільністю 7140 кг/м³ і температурою плавлення 1910°С. Це хімічно малоактив­ний метал, що в звичайних умовах стійкий до кисню і вологи. В якості конструкційного матеріалу хром не застосовується у зв'язку з високою крихкістю. Широко використовується як захисно-деко­ративне покриття для багатьох металевих виробів. Хромове, покриття забезпечує високу корозійну стійкість і зносостійкість сталевих деталей і виробів. Хромуванню піддають інструменти, деталі годинників, велосипедів, друкарських машин, мотоциклів, автомашин тощо.

В металургійній промисловості хром широко використовують як один з дуже ефективних легуючих елементів. Введення хрому в сталь в певній кількості і в поєднанні з іншими легуючими елемен­тами підвищує стійкість проти корозії, жароміцність, збільшує твер­дість, зносостійкість і ріжучу спроможність інструментів. Хром є основним легуючим елементом в спеціальних сплавах, що володіють

ВИСОКИМ електроопором . Використовується хром для отримання нержавіючих, жароміцних, кислототривких, інструментальних сталей і ніхромів. Ці сталі і сплави застосовують для виготовлення всілякої апаратури, інструментів, нагрівальних елементів, столового приладдя тощо. Хром є необхідним елементом для виробництва хімічних сполучень, що використовується в шкіряній (дубителі) і текстильній (барвники) промисловості.

Цинк — метал світло-сірого з синюватим відливом кольору з низькою температурою плавлення (419°С) і густиною (7140 кг/м³). Він має незначну міцність а =11 — 15 кгс/мм² при високій пластичності (5=40—50%).

В литому (відливному) стані цинк є крихким (8=0,3—0,5%) металом з міцністю а =2—7 кгс/мм².

Домішки свинцю, сурми, кадмію, міді, миш'яку, олова і заліза негативно впливають на фізико-механічні і технологічні властивості цинку. Найбільш шкідливою домішкою є олово. В залежності від вмісту домішок цинк випускається шести марок: ЦВЧ — з вмістом цинку 99,997%, ЦВ - 99,99, ЦО-99,975, Ц1-99.95, Ц2-98,7, ЦЗ-97,5%.

Цинк — хімічно активний метал, але в умовах вологої атмосфери покривається щільною плівкою вуглекислої солі, яка захищає метал від подальшої корозії. Ця плівка розчиняється в кислих, лужних середовищах і в киплячій воді, утворюючи токсичні розчини. В прісній воді при кімнатній температурі і в вологій атмосфері цинк достатньо стійкий.

Більше половини цинку, який видобувається, застосовують як метал для захисно-декоративних покриттів сталевих виробів листового металу, на які він наноситься шляхом гарячого або електро­літичного оцинкування. На основі цинку виготовляють сплави, що містять 5—10% 5п і 4—12% А1, з гарними ливарними властивостями. Недоліком таких сплавів є їх низька міцність, тому цинкові сплави застосовують для відливки складних за формою деталей, які не піддаються великим механічним навантаженням при експлуатації (деталі швейних, друкарських і обчислювальних машин, корпуси замків тощо).

Цинк широко використовується при виготовленні оцинкованого посуду, який не призначений для кип'ятіння, в поліграфічній про­мисловості та для виготовлення гальванічних елементів.

0лово - сріблясто-білий метал з щільністю 7300 кг/м³ і темпе­ратурою плавлення 232°С. При температурі нижче — 20°С (3-олово перетворюється в ос-олово; це явище називають "олов'яною чумою".

Олово — один з найбільш м’яких і пластичних металів, які

мають твердість НВ5, а, = 2 кгс/мм², 5 = 45%. Воно легко прокатується у фольгу, оскільки при деформації рекристалізується при кімнатній температурі.

В атмосферних умовах олово стійке і за корозійною стійкістю наближається до благородних металів. Воно не реагує з водою і дуже повільно розчиняється в розбавлених кислотах. Олово стійке до більшості харчових продуктів і не утворює токсичних сполучень, тому його широко застосовують в харчовій промисловості для лудження посуду і виготовлення бляхи для консервних банок. Застосовується воно також для виробництва підшипникових сплавів, що містять його від 5 до 90%, припоїв ПОС—90 і ПОС—40 (відповідно 90 і 40% олова), які мають температуру плавлення 200°С. Олово є легуючим елементом при отриманні високоякісних олов'яних бронз і латуней. Це дорогий і дефіцитний метал, тому по можливості його прагнуть замінити іншими — більш дешевими металами.

Титан ~ метал сріблясто-білого кольору з густиною 4500 кг/м³, тобто майже в 2 рази легше сталі; температура його плавлення (1660±5)°С. Титан має дві алотропні модифікації — а і р\

Поєднання високої корозійної стійкості і механічної міцності, низької щільності і немагнітності при достатній технологічності зумовлює широке застосування титану і його сплавів в хімічній та авіаційній промисловості, ракетобудуванні, при виготовленні теплообмінників, трубопроводів і гребних гвинтів. Титанові сплави застосовують для виготовлення хірургічних інструментів і апаратури сучасної медицини, для виготовлення товарів народного споживання: столових приладів, лижних палок, галантерейних виробів. Враховуючи поширеність титану в природі¹ і його властивості, можна вважати, що титан знайде більш широке застосування при виготовленні металогосподарських товарів.

Вольфрам — білий метал з густиною 19300 кг/м³ і температурою плавлення 3410°С. Міцність вольфраму у відпаленому стані 100—120 кгс/мм², після деформації — 420—430 кгс/мм², твердість НВ 350—400. При кімнатній температурі вольфрам непластичний. Цей метал відрізняється високою корозійною стійкістю в атмосферних умовах і не реагує з соляною, сірчаною, азотною, плавиковою кислотами і розчинами солей.

Вольфрам широко застосовується в сучасній техніці для отри­мання легованих сталей і твердих сплавів на основі карбіду воль­фраму, а також для отримання зносостійких і жароміцних сплавів. Він є незамінним матеріалом для виготовлення ниток накалювання електричних ламп, деталей електровакуумних приладів в радіо­електроніці і рентгенотехніці.

Благородні метали — срібло, золото, метали платинової групи і їхні сплави — свою назву отримали через високу корозійну стійкість в звичайній атмосфері, а також в більшості кислот і лугів. Ці метали мають гарний зовнішній вигляд, високу щільність, пластичність.

Срібло — метал білого кольору з густиною 10500 кг/м³ і температурою плавлення 960°С. Воно має малу твердість (НВ 25), високу пластичність і дуже добре полірується. В полірованому стані срібло володіє високою відбивною спроможністю світлових і теплових променів, що становить 95—97%. Серед всіх металів срібло відрізняється самою високою електро- і теплопровідністю. Воно стійке до впливу атмосфери, але чорніє від сірководню, що пов'язано з утворенням на його поверхні плівки сульфіду срібла Ад₂5. Срібло стійке до багатьох кислот, лугів і розчинів солей, але легко розчиняється в азотній кислоті.

У чистому вигляді срібло застосовується для виготовлення корозійностійкого хімічного посуду і в якості каталізатора хімічних реакцій. Значна кількість срібла витрачається у фото- і кінопромисловості для виробництва світлочутливої плівки і паперу. Широке розповсюдження отримали сплави срібла з міддю в будь-якій пропорції. Срібно-мідні сплави застосовують для виготовлення контактів в точних електровимірювальних приладах, столових приборів і ювелірних виробів 750, 800, 875, 916, 925 і 960-ї проб.

Срібло використовують також як захисно-декоративне покриття і для отримання припоїв. Маркірують припої літерами ПСР (припій срібний) і цифрою, що вказує вміст срібла, наприклад ПСР72, ПСР65, ПСР45 і т.д.

Золото один з самих важких металів з густиною 19300 кг/м³, володіє яскраво-жовтим кольором з сильним металевим блиском; температура плавлення 1063°С. Механічні властивості наступні: НВ 18, су_в=14 кгс/мм², 8=45%. ?золото добре обробляється тиском, володіє високою корозійною стійкістю в звичайній атмосфері, а також в кислотах, лугах і розчинах солей. Воно не змінюється від дії сірководню, але розчиняється в царській горілці, хлорній і бромній воді. Чисте золото через його м'якість застосовується рідко. Твердість золота значно підвищується при сплавленні його з міддю Так, сплав золота, що містить 20% міді, має твердість НВ 100. Корозійна стійкість золота при сплавленні з міддю знижується.

Для виготовлення ювелірних виробів в золото додають, окрім міді, срібло і паладій. В залежності від вмісту золота в країні встановлені проби 333, 375, 500, 583, 750, 958-а.

Колір і твердість ювелірних виробів залежать від співвідношення в них компонентів. Змінюючи співвідношення золота, срібла і міді, можна отримати сплави жовтого, рожевого, зеленого кольорів, а при додаванні паладію — білого кольору (58,3% Аи, 25,7% Си, 16% Рсі). Найбільшою твердістю володіють сплави при співвідношенні міді і золота близько 1:1 (583-я проба). Золото і його сплави застосовують для виготовлення ювелірних виробів, нанесення захисно-декоративних покриттів, при декоруванні порцелянових і фаянсових виробів і для забарвлення скла в рубіновий колір.

Платина — білий метал з сіруватим відтінком. Вона має високу густину 21500 кг/м³ і температуру плавлення 1773°С, володіє більш високою твердістю (НВ 50) у порівнянні з іншими благородними металами. Платина є менш пластичним металом порівняно з золотом і сріблом. Для підвищення міцності її сплавляють з металами платинової групи: родієм, іридієм, паладієм, а також із золотом, сріблом і міддю.

Платина володіє високою корозійною стійкістю, на неї не діють царська горілка і хлорна вода. Платина є незамінним матеріалом для виготовлення тиглів і чашок для хімічних лабораторій і при виго­товленні термопар для високих температур. Платинородієвою термо­парою, в якій один провід виготовлений з платини, а другий зі сплаву платини з 10% родію, можна вимірювати температуру до 1500°С.

В ювелірній справі застосовують платину 950-ї проби для виго­товлення обручок, браслетів, оправ діамантів тощо. Платину вико­ристовують в якості оправи, оскільки вона має однаковий з алмазом коефіцієнт лінійного розширення і, крім того, діамант в платині дає кращий блиск, ніж в золоті.

5.2. Основи технології виробництва металогосподарських товарів як чинник їх споживних властивостей та якості

Виготовлення металогосподарських виробів включає наступні основні технологічні процеси: отримання чорнових виробів, тобто заготовок; обробку заготовки за допомогою процесів різання або інших засобів механічної обробки; термічну або хіміко-термічну обробку; нанесення захисних або захисно-декоративних покриттів від корозії на окремі деталі або на виріб в цілому; складання виробу. Повнота і послідовність проведення технологічних процесів можуть мінятися в залежності від вигляду виробу і вимог, що висуваються до нього.

Виготовлення виробів методами лиття. Метод лиття є най­більш поширеним способом виготовлення металевих деталей і виробів в машинобудуванні, будівництві, при виготовленні товарів народного споживання. Це найбільш дешевий спосіб виготовлення деталей складної конфігурації, маса яких може бути від декількох грамів до декількох сотень тон. Крім того, таким методом можна отримати фасонні відливки з малопластичних сплавів, які не підда­ються обробці тиском і різанню. Литтям виготовляють деталі і заготовки з чавуну, сталі, сплавів алюмінію, міді, магнію, нікелю.

При виробництві литих виробів спочатку виготовляють форму і заповнюють розплавленим металом, який після твердіння приймає її обрис і розміри; отриманий виріб називають відливком. В нинішній час фасонні відливки одержують литтям в піщано-глинисті, металеві і оболонкові форми, за моделями, що виплавляються, під тиском, центробіжним литтям та ін. Всі методи лиття, окрім лиття в піщано-глинисті форми, називають спеціальними методами. Такими мето­дами можна отримати відливки високої точності, з мінімальними допусками по розмірах, з чистою поверхнею, яка не потребує подаль­шої механічної обробки. Спеціальні способи лиття дозволяють зни­зити трудомісткість і вартість деталі, а також зменшити витрати металу.

Лиття в піщано-глинисті форми є основним методом вироб­ництва дрібних і великих відливок простої і складної форм. Цим способом виготовляють до 80% загальної кількості відливок.

Лиття в піщано-глинисті форми має і недоліки: шорсткість поверхні, неточність розмірів і значні припуски на механічну оброб­ку, неможливість отримання тонкостінних відливок, одноразове використання форми, важкі умови праці і менш високі механічні властивості відливок у порівнянні з відливками, отриманими спеціальними методами лиття.

Лиття в металеві форми, яке називається кокільним, являє собою отримання відливок шляхом заливання розплавленого металу в чавунні або сталеві форми. При кокільному литті литво одержується більш точним за розмірами і з чистою поверхнею, має високі механічні властивості. Недоліками лиття в металеві форми є трудність виготовлення складних за конфігурацією відливок і неможливість отримання деталей з тонкими стінками. Кокільне лиття використовують здебільшого для отримання виробів з кольорових сплавів: посуду, корпусів електродвигунів, деталей багатьох машин і приладів, деталей двигунів внутрішнього згоряння мотоциклів, автомобілів тощо.

Лиття під тиском полягає в тому, що розплавленим металом заповнюють металеву прес-форму під тиском, що створюється поршнем машини. Цей метод є найбільш продуктивним і дозволяє одержувати тонкостінні відливки з високою точністю розмірів (4— 5-й класи точності), з б—7-м класами шорсткості поверхні і масою від декількох грамів до 45 кг.

Методом лиття під тиском виготовляють з цинкових, алюмініє­вих, магнієвих, мідних сплавів деталі машин обчислювальної техніки, вимірювальних приладів, автомобілів, складних замків, прасок тощо. Недоліками цього методу є висока вартість прес-форм, яка перевищує в 3—5 разів вартість кокілю, утворення пористості в масивних частинах відливки, обмежені розміри відливки.

Лиття в оболонкові форми полягає в отриманні точних відливок в тонкостінних формах, виготовлених з піщано-смоляних сумішей. Цим методом виготовляють деталі і вироби з чорних, кольорових металів і сплавів (свердла, ключі для замків, ребристі циліндри для мотоциклів та ін.). При цьому засобі лиття одержують деталі з точними розмірами (по 5-9-му класах) і поверхнею до 6-го класу шорсткості. Лиття в оболонкові форми легко піддається механізації і автоматизації; різновидом є лиття за моделями.

Недоліками цього засобу є одноразове використання форми, висока вартість формувальної суміші, виділення шкідливих газів при заливанні металу.

Цим методом виготовляють ріжучий інструмент, лопасті турбін, деталі насосів, побутових машин, ключі для замків.

Центробіжне лиття - це лиття у форму, що обертається навколо своєї осі зі швидкістю 250 до 1500 об/хв. Під дією центробіжних сил розплавлений метал притискається до стінок форми і затвердіває. Цей метод забезпечує отримання щільної структури і не вимагає ливникової системи. Центробіжним литтям виготовляють сталеві і чавунні труби, втулки, гільзи, кільця та інші відливки, що являють собою тіла обертання.

Дефекти відливок. Найбільш розповсюдженими дефектами відливок є раковини, тріщини, невідповідність розмірів, короблення, різностіність, недолив, спаї, пригар, механічні пошкодження.

Раковини — це відкриті або закриті порожнини в тілі відливка. Вони можуть бути газовими, усадочними і піщаними. Газові раковини утворяться при недостатній газопроникності і підвищеній вологості формувальних і стрижньових сумішей. Усадочні раковини, які мають нерівну, подерту внутрішню поверхню, виникають при неправильному підведенні металу в форму, неправильній конструкції відливок або при заливанні перегрітого металу. Піщані раковини, найчастіше заповнені формувальною сумішшю, утворяться при руйнуванні форми під час заливки металу або при недостатньому очищенні металу, який заливається, від шлаку. Раковини в значному ступені знижують міцність виробів і погіршують їх товарний вигляд.

Тріщини — це наскрізні або поверхневі розриви, що виникають гарячому або холодному стані. Гарячі тріщини з окисленою поверхнею утворюються при недостатній податливості форми, ранньому вибиванню відливки з форми. Холодні тріщини утворюються при низьких температурах і мають чисту поверхню. Причинами таких тріщин є усадка сплаву, передчасне вибивання з форми, сильні удари при обрубуванні та правці.

Невідповідність розмірів відливок кресленням пов'язана з невірним виготовленням моделі і стрижньових ящиків або їхнім зносом.

Коробленням називають викривлення форми і розмірів відливки під впливом внутрішніх напруг, викликаних нерівномірним охолод­жуванням окремих її частин.

Причинами недоливу, тобто неповного заповнення форми роз­плавленим металом, є недостатня рідкотекучість, скупчення газів, що перешкоджають заповненню форми, недостатні розміри ливни­кової системи.

Спаї — це наскрізні або поверхневі заглиблення і щілини з закругленими краями. Такий дефект виникає у зв'язку з низькою температурою металу, повільним заповненням форми або при перервах в заливанні металу.

До механічних пошкоджень відливок належать прим'ятини, забоїни, порушення цілісності відливка, що утворюються при вибиванні з форми, вилученні ливникової системи, обрубуванні, правці (виправленні) або при недбалому транспортуванні.

При відливанні виробів з чавуну характерним дефектом є відбіл — утворення в поверхневому шарі структурно вільного цементиту, що виявляється в зламі у вигляді світлої корки. Цей дефект виникає у зв'язку з неправильно вибраним хімічним складом чавуну або великою швидкістю охолоджування відливка.

Найбільш розповсюдженими методами усунення дефектів відливок є зварювання газовим або електродуговим методом з підігрівом або без підігріву відливка, замазка або просочування різноманітними складами, доливання рідким металом. Для усунення дрібних раковин, що виходять на поверхню відливка, застосовують металізацію.

Виготовлення виробів методами пластичної деформації.

Обробка металів тиском широко застосовується для отримання виробів необхідної форми і розмірів без зняття стружки. В основі обробки тиском лежить пластична деформація, яка призводить до зміни форми металу, його структури і механічних властивостей. Обробка тиском може здійснюватись без нагрівання і при нагріванні вище температури рекристалізації металу, що обробляється.

Застосовують наступні способи обробки металів тиском: прокатку, кування, штампування, волочіння, обробку на давильному верстаті та пресування.

Прокаткою називається процес обробки металу тиском шляхом деформації його між двома валками, що обертаються в різних напрямках.

Прокаткою одержують сортову і листову сталь, труби, спе­ціальні профілі прокату, а також листи, смуги, сортові профілі з кольорових металів. Прокатка листів і труб здійснюється в гарячому або холодному стані металу. Гарячою прокаткою одержують листи товщиною більше 4 мм, і вони належать до товстолистової сталі. Листи товщиною менше 4 мм, які належать до тонколистової сталі, одержують холодною прокаткою.

Для виготовлення товарів народного споживання широко вико­ристовується холоднокатана тонколистова сталь. Листи з кон­струкційної сталі товщиною 0,5—1,0 мм використовуються в автомо­більній промисловості, для виготовлення шаф холодильників, корпу­сів газових плит, посуду. Холодною прокаткою одержують листи електротехнічної сталі товщиною 0,3—0,6 мм для трансформаторів і електродвигунів, а також бляха товщиною 0,15—0,35 мм. Сортовий прокат широко застосовується в машинобудуванні, будівництві і при виготовленні товарів народного споживання.

Кування і штампування являють собою значно поширені спосо­би обробки металів тиском для отримання заготовок або виробів складних форм: несиметричних, вигнутих, таких, що мають від­ростки, тощо. При цих способах обробки метал набуває дрібно­зернисту структуру і покращуються його механічні властивості. За способом виготовлення поковок розрізняють вільне кування і об'ємне штампування. Вироби з тонколистового металу виготовляють листовим штампуванням.

Вільне кування здійснюється послідовними ударами кувалди, бойка молоту або натискними бойками пресу з застосуванням різноманітного інструменту. Ручне кування застосовують при ремонтних роботах і при виготовленні дрібних поковок в невеликій кількості. Поковки до 750 кг обробляють вільним куванням на молотах, а до 350 т — на пресах. Поковки, виготовлені вільним куванням, мають значний припуск (до 25—35% номінального розміру) на механічну обробку, поверхня одержується грубою, нерівною.

Об'ємне штампування поковок здійснюється в штампах, які складаються зазвичай з двох половин нерухомої матриці і рухомого пуансона. Течія металу при деформації обмежується стінками матриці. Об'ємне штампування металу поділяють на гаряче і холодне. Використовують його в масовому виробництві різноманітних деталей.

При гарячому об'ємному штампуванні нагріту заготовку поміщають з нижню порожнину штампу (матрицю) і під дією верхньої частини (пуансона) надають їй задану форму. Одержувані вироби характеризуються точністю розмірів, гарною якістю поверхні і невели­кими припусками на обробку. Метод гарячого штампування харак­теризується високою продуктивністю. Цей спосіб доцільно використо­вувати при масовому виробництві деталей. Недоліками цього методу є утворення окалини на поверхні і висока вартість штампів. Гарячим штампуванням виготовляють заготовки ножиць, ножових товарів, деталі приладдя для вікон і дверей, колеса, шатуни, шестерні тощо.

Холодним об'ємним штампуванням здійснюють невеликі деталі зі сталі, кольорових металів і їхніх сплавів без нагрівання заготовки. Отримані вироби відрізняються чистотою поверхні, точністю розмірів і не потребують наступної механічної обробки. Холодним об'ємним штампуванням здійснюють осадку, видавлювання, висадку, калібрування, карбування. Холодним штампуванням виготовляють заклепки, болти, гвинти, гайки при продуктивності агрегатів до 350 деталей за хвилину.

Вартість штампованих деталей значно нижча вартості деталей, виготовлених із звичайної заготовки різанням.

Листове штампування є найбільш прогресивним і високо­продуктивним методом виготовлення деталей складної форми з тонкими стінками. Цим методом виготовляють деталі з тонколистової конструкційної вуглецевої сталі, легованих сталей, а також з кольорових металів (алюмінію, міді та ін.) та їхніх сплавів (латуні, дюралюмінію). Листове штампування здійснюють з металу в холодному стані за одну або декілька послідовних операцій.

Вироби, виготовлені листовим штампуванням, мають достатню точність (4-й клас точності), високу якість поверхні. Холодноштамповані деталі не піддаються механічній обробці. Перевагами листового штампування є також економні витрати металу, можливість автоматизації і висока продуктивність праці.

Листове штампування застосовують для виготовлення кузовних і облицювальних деталей автомобілів, тракторів, вагонів, деталей велосипедів, мотоциклів, приладів, корпусів годинників, металевого посуду, столових приборів, деталей побутових машин та ін.

Волочіння — це процес обробки металів тиском, при якому заготовка протягується через вічко волока з перетином, меншим за перетин вихідної заготовки. При волочінні поперечний перетин заготовки зменшується і за рахунок цього збільшується її довжина. Вироби набувають точних розмірів, заданої геометричної форми, чистої гладкої поверхні. Волочінням одержують вироби з вуглецевих і легованих сталей, кольорових металів та їхніх сплавів.

Обробка на давильних верстатах являє собою процес формування тонкостінних порожніх виробів, що мають форму тіл обертання. Формування здійснюється зазвичай після витяжки для отримання остаточної форми виробів.

Спеціальні види обробки металів тиском застосовуються все ширше, вони дозволяють значно економити метал. До них належать виробництво гнутих профілів, карбування виробів, пресування, штампування вибухом та ін.

Гнуті профілі одержують з листа, а полоси або стрічки — холодним гнуттям на верстатах періодичної або безперервної дії. Завдяки раціональній формі поперечного перетину гнуті профілі мають достатню міцність і дозволяють економити до 30% металу, їх застосовують в машинобудуванні, будівництві промислових і житлових будинків, для карнизів, прогонів засклення ліхтарів, для поручнів сходів у житлових будинках тощо.

Карбування — це технологічна операція, шляхом якої на заготов­ках одержують опукло-ввігнутий рельєф на поверхні за рахунок незнач­ного переміщення металу під штампом. Застосовується при виробництві монет, жетонів, медалей, ножових товарів і столових приборів тощо.

Пресування — це процес видавлювання нагрітого металу пуан­соном з контейнера через отвір в матриці. При цьому метал набуває форми, яка відповідає конфігурації отвору. Пресуванням одержують готові вироби з алюмінію, магнію, міді та їхніх сплавів, які мають точні розміри, високу чистоту поверхні. Форма виробів за різноманіт­ністю і складністю переважає вироби, одержувані прокаткою.

Штампування вибухом застосовують при виготовленні великих за розмірами деталей.

Дефекти при обробці металів тиском. Такі дефекти виникають при використанні неякісного металу, неправильному режимі нагрівання перед пластичною деформацією і в результаті порушення технологічних процесів.

Основними дефектами, що виникають у зв'язку з незадовільною якістю металу, є тріщини, волосовими, плівки, розриви.

Тріщини виникають при деформації металу з підвищеним вмістом сірки і з великими неметалічними включеннями.

Волосовини утворюються при деформації металу, який має пузирі, пори, раковини.

Плівки з'являються при прокатці металу, на поверхню якого потрапили бризки металу.

Розриви утворюються при деформації недогрітого або попередньо клепаного металу.

Порушення режиму нагрівання перед пластичною деформацією призводить до перепалу металу. Перепал металу спостерігається при нагріванні вище 1250°С. При цьому відбуваються оплавлення по межах зерен і проникнення до них кисню з утворенням оксидів. Ці включення розривають зв'язок між зернами і при деформації відбувається руйнування металу.

Порушення режимів технологічної обробки призводить до появи таких дефектів, як невідповідність розмірів і форми кресленню, прим'ятини, забоїни, подряпини, задирки.

Невідповідність розмірів і форми кресленню є слідством використання зношеного обладнання, неправильної установки штампів, валків, фільтр, бойків молоту.

Забоїни на заготовках з'являються при попаданні у штамп шматочків металу або при витягуванні заготовки зі штампу штовхачем.

Прим'ятини на деталях — це сліди від окалини, яка потрапила до штампу.

Подряпини на заготовках утворюються при роботі на зношених штампах або при попаданні в мастило піску.

Гофри являють собою хвилеподібні складки, що з'являються при слабкому притисканні металу притискним кільцем.

Задирки утворюються при вирубуванні заготовок або при обрізанні кромок під час штампування на погано підігнаному штампі.

Виготовлення деталей і виробів різанням. Обробка металів різанням являє собою процес, при якому деталям надаються необ­хідна геометрична форма, розміри і чистота поверхні шляхом зняття припуску ріжучим інструментом. Види обробки металів різанням характеризуються конструкцією ріжучого інструменту і характером відносних рухів інструменту та заготовки, що обробляється. Найбільш розповсюдженими методами обробки металів різанням є точіння, свердлення, фрезерування, стругання, протягування, зубонарізання і слюсарна обробка.

На токарних верстатах можна обробляти тіла обертання по зовнішній і внутрішній поверхні, підрізати торці, здійснювати відрізку і підрізку, нарізати різьбу, гострити конуси, фасонні поверхні, відрізати оброблену частину заготовки і т. д.

Свердлення найбільш розповсюджений метод отримання наскрізних або глухих отворів в оброблюваній заготовці. Свердленням також можна збільшити діаметр наявного отвору.

Основні операції свердлильних робіт — свердлення, розсвердлювання, зенкерування, розгортання, нарізання різьби та інші види обробки отвору.

Фрезерування - процес обробки плоских, фасонних і гвинтових поверхонь, нарізання різьби, зубчастих коліс, отримання канавок за допомогою інструменту, який має багато ріжучих кромок і називається фрезою.

Струганням називають процес обробки плоских і фасонних поверхонь, пазів, канавок, виїмок різноманітних профілів при прямолінійному зворотно-поступальному русі заготовки або інструменту.

Різновидом стругальних верстатів є довбальні верстати. У цих верстатів головний рух здійснюється в вертикальній площині. На довбальних верстатах обробляють, як правило, шпоночні пази, канавки на зовнішніх поверхнях або у отворах, а також фасонні поверхні.

Протягування являє собою метод обробки внутрішніх і зовнішніх поверхонь спеціальним інструментом — протяжкою. Це багатолезовий інструмент, ріжучі кромки якого розміщені східцями таким чином, що кожний зуб знімає стружку по всьому периметру оброблювальної поверхні. Припуск на обробку при протягуванні зрізується за один робочий хід інструмента. При цьому досягаються 2-3-й класи точності обробки і 7—9-й класи шорсткості поверхні.

Слюсарна обробка застосовується при ремонтних роботах, виготовленні дослідних виробів, виправленні браку тощо. Для цих робіт використовують металообробні, вимірювально-розмічальні та інші інструменти. Основними операціями слюсарної обробки с розмітка, рубка, обпилювання, свердління, нарізання різьби.

Дефекти при обробці різанням. Дефекти виникають при роботі на зношених або неправильно налаштованих верстатах і погано зато­ченим інструментом. Причиною дефектів є також помилки при ви­мірах. Найбільш розповсюдженими дефектами є неправильні розміри і форма деталей, задирки, шорсткість поверхні, забоїни, грубі подря­пини тощо. Крім того, при кожному виді обробки різанням можуть виникнути специфічні дефекти. Так, при точінні деталі можуть мати бочкоподібність, овальність або конусність; при свердлінні — оваль­ність, зміщення або нахил отвору; при фрезеруванні — різну товщину і хвилястість поверхонь, при нарізанні різьби — зам'яті або зірвані нитки різьби; при зубонарізанні - порушення розміру кроку нарізання зубців, різну глибину нарізання.

Термічна обробка. Термічна обробка широко застосовується для надання деталям і виробам остаточних властивостей, які потрібні в умовах експлуатації. Застосування термічної обробки дозволяє отримати у сталевих виробів не лише гарне поєднання механічних властивостей, але і необхідні фізико-хімічні характеристики, наприклад теплопровідність, електроопір, корозійна стійкість, коерцитивна сила та ін.

Основними видами термічної обробки сталі, що застосовуються у виробництві товарів народного споживання, є відпал, нормалізація, загартування і відпускання.

Відпал сталевих деталей. Відпалом називається операція тер­мічної обробки, при якій сталевий виріб нагрівають до певної темпе­ратури, витримують при цій температурі і поволі охолоджують разом з піччю. В результаті відпалу сталь набуває стійкої структури, вільної від внутрішніх напруг, підвищену пластичність і в'язкість.

Нормалізація сталевих деталей. Нормалізацією називається вид термічної обробки, при якій сталеві заготовки або деталі нагрівають до певної температури, витримують при цій температурі і охолоджують на повітрі.

Після нормалізації міцність і твердість сталі вище, ніж у відпаленій, а пластичні властивості практично одержуються однаковими, знімаються внутрішні напруги, покращується оброблюваність різанням, що дозволяє виправляти структуру зварного шва.

Нормалізацію застосовують при виготовленні посуду, інструментів, деталей побутових машин, мотоциклів, автомобілів тощо.

Загартування сталевих деталей. Загартуванням називається операція термічної обробки, що полягає в нагріванні до певної температури, витримці при ній і швидкому охолоджуванні в спеціальних середовищах.

Нагрівання заготовок і деталей під загартування здійснюють в печах, в розплавлених солях, в розплавлених металах (наприклад, в свинці) і електрострумом. Після нагрівання для отримання необхідної структури деталі охолоджуються з різною швидкістю, яка залежить від середовища, що охолоджує. В якості загартувальних середовищ використовують воду з різною температурою, 10%-ний розчин у воді їдкого натру або кухарської солі, емульсію мила у воді, мінеральне масло.

Відпуск сталевих деталей. Відпуском називається операція термічної обробки, при якій сталеві деталі, що мають нестійкі струк­тури, нагрівають до певної температури, витримують при цій темпе­ратурі і після цього повільно охолоджують до кімнатної температури. Відпуск дає можливість зменшити частково твердість, підвищити в'язкість і отримати стійку структуру сталі. Відпуск є остаточною операцією термічної обробки. Механічні властивості сталі визначаються температурою відпуску. В залежності від температури розрізняють низький, середній і високий відпуск.

Низький відпуск сталевих заготовок здійснюють при нагріванні до температур 150—250°С. При цьому відпуску зменшуються оста­точні внутрішні напруги, підвищується в'язкість без зниження твер­дості. Низький відпуск застосовують для ріжучого і вимірювального інструменту. При середньому відпуску загартовані сталеві заготовки нагрівають до 350—500°С. Після середнього відпуску вироби володіють порівняно високою твердістю (НРС 40—50) і міцністю, гарною пружністю і в'язкістю. Застосовують такий відпуск для пружин і ресор.

Високий відпуск здійснюють при нагріванні деталей або заго­товок до 500—650°С з метою отримання найбільшої в'язкості і пружності. Високий відпуск після загартування дозволяє отримати достатню міцність і в'язкість. Таку термічну обробку називають термічним поліпшенням і застосовують для деталей, що піддаються дії значних навантажень (передні осі автомобілів, шатуни двигунів внутрішнього згоряння тощо).

При всіх видах відпуску вироби охолоджують на повітрі або в маслі.

Дефекти, що виникають при термічній обробці. До них

належать недостатня твердість, м'які плями, підвищена крихкість, зневуглецювання і окислення поверхні, короблення, деформація і

тріщини.

Недостатня твердість і м'які плями є наслідком недостатньої температури нагрівання або малої швидкості охолоджування при загартуванні.

Підвищену крихкість вироби одержують внаслідок значного перегріву сталі перед загартуванням, що призводить до зростання зерен кристалів. Ці недоліки можна усунути повторним загарту­ванням.

Зневуглецювання і окислення поверхні відбуваються при взає­модії пічної атмосфери з поверхневими шарами виробу при нагрі­ванні. Це призводить до зниження твердості, зносостійкості і міцності поверхневих шарів виробів за рахунок вигорання вуглецю. Таких дефектів можна уникнути при застосуванні правильного режиму термічної обробки або при нагріванні в нейтральних атмосферах азоту, аргону та інших газів.

Короблення, деформації і тріщини з'являються при виникненні внутрішніх напруг. Самим ефективним способом зменшення напруг і усунення цих дефектів є повільне охолоджування при загартуванні в інтервалі температур мартенситного перетворення. Тріщини і різко виражені короблення є остаточним браком.

Хіміко-термічна обробка. Хіміко-термічною обробкою назива­ється процес зміни хімічного складу, структури і властивостей поверхневих шарів металів і сплавів. При хіміко-термічній обробці поверхня сталевих деталей може насичуватися при нагріванні вуг­лецем, азотом, алюмінієм, хромом, кремнієм та іншими елементами. Цей процес складається з трьох стадій: дисоціації речовини зовніш­нього активного середовища на активні атоми (іони); абсорбція поверхнею деталі активних атомів; дифузія атомів (іонів) вглиб металу з утворенням твердого розчину або хімічного сполучення. Основними видами хіміко-термічної обробки є цементація, азотування, ціанування і дифузійна металізація.

Цементація сталі. Цементацією називається процес поверх­невого насичення сталі вуглецем для отримання у виробах високої поверхневої твердості, зносостійкості і підвищеної міцності від втоми. Цементації піддають деталі, що виготовляються з низько­вуглецевих сталей (з вмістом 0,10—0,30% вуглецю) марок 10, 15, 20, 25 або низьколегованих сталей марок 15Г, 20Г, 20Х, 25ХГ, 18ГМ, 15ХФ, 20 ХМ, 12Х2Н4 та ін.

Газова цементація проводиться в герметично закритих ретортних печах, в які подають метан і оксид вуглецю при температурах 910—930°С. При цих температурах відбувається дисоціація метану з виділенням атомарного вуглецю, що проникає в кристалічну гратку сталі, і на поверхні одержується вуглецевий шар, твердість і зносо­стійкість якому надаються наступним загартуванням і відпуском. Глибина шару цементації залежить від часу витримки і становить 0,5—0,8 мм при 6-годинній витримці і 1—1,2 мм — при 9-годинній.

Рідка цементація здійснюється в розплавлених солях, що містять 75-80% Ма₂СО₃, 10-15% МаСі і 6-10% ЗіС при температурі 850—900°С. Навуглецьовуючим елементом є карбід кремнію.

Цементації піддають зубчасті колеса, поршневі пальці, осі, кільця і ролики деяких підшипників тощо.

Азотування сталі. Азотування — це процес насичення поверхні сталевих виробів азотом для підвищення твердості, зносостійкості і корозійної стійкості.

Азотовані деталі і вироби відрізняються високою твердістю поверхневого шару, витривалістю і корозійною стійкістю. Однак тривалість процесу і необхідність застосування дорогих легованих сталей в значній мірі зменшують можливість широкого застосування процесу азотування.

Ціанування сталі. Ціануванням називають процес, при якому поверхня сталі насичується водночас вуглецем і азотом для підви­щення твердості, міцності від втоми і корозійної стійкості. Ціану­ванню піддають вироби, що виготовляються з низьковуглецевих конструкційних і інструментальних швидкоріжучих сталей. Розріз­няють ціанування високотемпературне (при 800—900°С) і низькотем­пературне (при 540-560°С), в рідкому і газовому середовищі.

Рідке ціанування здійснюється шляхом нагрівання деталей з низьковуглецевих сталей в ціанистій ванні в суміші розплавлених солей (40% МаСИ, 30% Ма₂СО₃ і 30% МаСі) при 820-860°С. При такому ціануванні поверхня насичується більше вуглецем, ніж азотом, і набуває після загартування і низького відпуску підвищену твердість і зносостійкість. Глибина шару після ціанування протягом 0,5—3 годин становить 0,2—10,0 мм. Твердість ціанованих деталей після термічної обробки НРС 58—62.

Газове ціанування, або нітроцементація, проводиться в газовій суміші, яка складається з 70—80% навуглецьованого газу, який містить метан, вуглецю оксид і 20—30% аміаку. Газове високотемпературне ціанування при 840—860°С дозволяє отримати у виробів з вуглецевих конструкційних і низьколегованих сталей дуже твердий і зносостійкий поверхневий шар, насичений здебільшого вуглецем. Після ціанування здійснюють загартування і низькотемпературний відпуск.

Низькотемпературне газове ціанування при 540—560°С здійсню­ється лише для інструментів з швидкоріжучих сталей, які пройшли термічну обробку і заточування. Тривалість ціанування 0,5—2,5 год. Після ціанування твердість і стійкість інструментів підвищуються в 1,5—2 рази.

Дифузійна металізація. Дифузійною металізацією називається процес насичення поверхні сталевих деталей алюмінієм, хромом, кремнієм, бором та іншими елементами для підвищення корозійної стійкості, жаростійкості, твердості і зносостійкості. Процес насичення алюмінієм називається алітуванням, хромом — хромуванням, кремнієм — силіціюванням, бором — боруванням.

Дифузійна металізація відбувається при високій температурі, яка необхідна для збільшення швидкості дифузії насичуваних металів.

При дифузійній металізації алюмінієм деталі набувають високої стійкості; при металізації хромом — корозійної стійкості, кислото­тривкості і поверхневої твердості; при металізації кремнієм — кисло­тотривкості; при металізації бором — високої твердості, зносо­стійкості і кислототривкості.

У виробництві металогосподарських товарів застосовується зде­більшого дифузійна металізація алюмінієм — алітування.

Стійкість алітованої вуглецевої сталі при температурі понад 800°С в декілька десятків разів більше, ніж неалітованої. Підвищена стійкість пояснюється утворенням на поверхні сталі тонкої міцної плівки алюмінію оксиду АІ₂О₃, що захищає виріб від швидкого окислення.

Для забезпечення гарної якості і високої точності розмірів поверхні металевих виробів використовують різні види покриття (емалювання), які виконують також і захисну функцію, карбування гравіювання, золотіння, посріблення, декоративне оксидування, по­криття черню, філігрань, гальванопластику і такі способи обробки, як крацування, галтовка, хонінгування, шліфування, полірування, притирка та ін.

Карбування — це отримання рельєфного малюнка на поверхні металовиробу за допомогою штампів на карбувальних пресах або вручну. Карбування використовують при декоративній обробці металевого посуду з алюмінію, нержавіючої сталі, мідно-нікелевих сплавів, ножових виробів і столових приборів, галантерейних і ювелірних виробів.

Гравіювання металевих виробів полягає у нанесенні малюнка у вигляді вузьких ліній або розпису за допомогою ріжучого інстру­менту, електроіскровим методом або хімічним фрезеруванням. Гра­віювання застосовують для прикраси посуду з мідно-нікелевих спла­вів, ручок ножів, виделок, для оздоблення ювелірних виробів в поєднанні з карбуванням, золотінням, черню.

Золотіння і посріблення — це нанесення тонкого шару золота або срібла на поверхню готового виробу гальванічним методом, плакуванням або наклеюванням плівки сусального золота або срібла товщиною від декількох десятих до декількох мікрометрів. Золотіння і посріблення застосовують для декорування посуду, годинників, ювелірних і художніх виробів.

Покриття черню полягає в нанесенні спеціального складу в заглиблення малюнка, отриманого шляхом гравіювання. Для чор­ніння використовують сплав, що складається з срібла, міді, сірки та інших компонентів, причому склад і дозування можуть мінятися. Цей метод використовують для художнього оздоблення срібних і посріблених столових приборів, ложок, ювелірних виробів.

Філігрань являє собою ажурні або напаяні на поверхню мета­левих виробів візерунки з тонкого золотого, срібного або мідного дроту. Для цього використовують гладкий дріт або скручений з двох-трьох ниток, який після цього здебільшого сплющується. Філігрань використовують для прикраси кубків, декоративних ваз, браслетів, перснів та інших ювелірних виробів.

Гальванопластика — це електролітичне осадження металу на спеціально підготовлену поверхню з метою отримання зворотних зображень предметів, що копіюються. Цей метод застосовують в поліграфії, при виготовленні барельєфів тощо.

Емалювання — це отримання на металах і сплавах емалевих покриттів на основі склоутворювальних матеріалів з метою захисту від корозії при високих температурах і надання декоративного вигляду.

Для надання необхідного кольору в емалі додають барвники і пігменти. Наприклад, Сг₂О₃ надає емалі зелений колір, Ре₂О₃ — коричневий, суміш Сг₂О₃ і Со₂0₃ — бірюзовий, суміш 5, СсіСО₃, 5е — червоний. Пігменти, окрім забарвлення, сприяють підвищенню меха­нічних властивостей емалевих покриттів.

Для декорування емальованих виробів (сталевого посуду) засто­совують живопис, декалькоманію, трафарет, фотодрук і шовкотра-фаретний метод.

Всі декоративні розробки після просушування опалюють при температурі 800-820°С.

Крацування — це обробка поверхні металевих виробів мета­левими щітками, що обертаються. Крацування застосовують для очистки литих виробів від формувальної суміші і згладжування їхньої поверхні, для вилучення іржі, окалини та інших забруднень. Так очищають чавунний литий посуд, корпуси м'ясорубок тощо.

Гаптування являє собою процес очистки поверхні невеликих заготовок і деталей від окалини, іржі, задирок і використовується для полірування. Гаптування здійснюється в шестигранних барабанах, в які разом з деталями завантажують абразивні матеріали (пісок, корунд, наждачний пил). Після завантаження барабану надають ексцентрикове обертання для кращого перемішування. Застосовується сухе і вологе гаптування. При сухому гаптуванні в галтувальні бара­бани завантажують деталі разом з дерев'яною тирсою, обрізками дерева або шматочками шкіри. Частіше використовують вологе гапту­вання, коли разом з деталями і обрізками дерева вводять розчини мила, лугу. Гаптування застосовують для обробки болтів, шурупів, гайок, полірування виделок, ложок, штопорів тощо.

Хонінгування — це процес обробки поверхонь заготовки абра­зивними брусками, що здійснюють складний рух по відношенню до поверхні, яка обробляється. Хонінгування застосовують найчастіше при обробці наскрізних циліндричних отворів, наприклад при виготовленні гільз двигунів внутрішнього згоряння та ін.

Шліфування — це оздоблювальний метод обробки деталей або виробів за допомогою шліфувальних кругів. Шліфування забезпечує обробку в межах 1—2-го класів точності, чистоту поверхні в межах 10-го класу шорсткості. Шліфування використовують для обробки поверхні деталей побутових машин, клинків ножів і ножиць, інструментів і т. д.

Полірування являє собою процес обробки металевих виробів для підвищення чистоти поверхні до 10—14-го класів, доведення виробів до необхідних розмірів і надання їхній поверхні декора­тивного дзеркального блиску. Полірування може здійснюватись механічним, хімічним і електрохімічним методами.

Механічне полірування проводять на верстатах за допомогою повстяних або матерчатих кругів, на які наносять полірувальні порошки з водою у вигляді емульсії або пасти. Механічне полірування забезпечує металевим виробам 10-11-й класи шорсткості поверхні.

Хімічне полірування — це обробка металевих виробів в травиль­ному розчині (суміші кислот) при кімнатній або підвищеній тем­пературі протягом певного часу.

Електрохімічне полірування полягає в тому, що в електролітичну ванну в якості аноду занурюють деталь, що обробляється.

Полірування є завершальною операцією обробки поверхні ножових товарів, столових приборів, посуду, ювелірних і галанте­рейних виробів, що виготовляються з алюмінію, нержавіючих сталей, мідно-нікелевих сплавів. Крім того, полірування застосовують для надання дзеркального блиску деталям і виробам з нікелевим і хромовим покриттями тощо.

Притирка — це оздоблювальна операція металевих поверхонь спеціальними притирками для отримання точності в межах 2-го і навіть 1-го класу, шорсткі поверхні в межах 12-13-го класів. Цю операцію проводять притирами, які копіюють контури поверхні, що обробляється. Виготовляють їх з сірого чавуну, міді або оптичного скла. Поверхня інструмента змащується суспензіями, які складаються з суміші масла, керосину, вазеліну і абразивних матеріалів. В якості абразивних матеріалів використовують електрокорунд, карбід бору, хрому оксид, синтетичні алмази. Процес притирки здійснюється ручним або механізованим способом на спеціальних верстатах. Притирку застосовують при виготовленні вимірювальних інструментів, вентилів газових кранів, плунжерних пар дизельних двигунів та ін.

З'єднання деталей в металеві вироби є необхідним процесом, що дозволяє отримати готовий виріб з окремих частин. Для зборки виробів використовують роз'ємні і нероз'ємні з'єднання. Роз'ємні з'єднання застосовують в тому випадку, якщо вироби в процесі експлуатації піддаються розбиранню з метою ремонту, змащування або заміни зношених деталей. До роз'ємних з'єднань належать болтові, гвинтові, шпоночні та ін. Болтові і гвинтові з'єднання є найбільш розповсюдженими видами роз'ємних з'єднань, основою яких є з'єднання деталей за допомогою різьби. Найчастіше вико­ристовують метричні різьби з трикутним профілем.

Різьбові з єднання використовують при виготовленні побутових машин, інструментів, замків, велосипедів, мотоциклів, авто­машин та ін.

Шпоночні з'єднання застосовують для кріплення зубчастих коліс, шківів, держаків на валу або осі, для передачі крутильного моменту або фіксації деталей в певному положенні.

Нероз'ємні з єднання — зварювання, клепання, зшивання, паяння — широко використовують при виготовленні металогосподар-ських товарів.

Зварювання — це процес отримання нероз'ємних з'єднань металів, сплавів та інших матеріалів за рахунок виникнення між­атомних сил зв'язку між контактуючими поверхнями. Для отримання тривкого з'єднання поверхневим атомам необхідно надати деяку енергію. В залежності від виду такої енергії способи зварювання поділяються на зварювання спільним плавленням металів, що з'єдну­ються, і зварювання тиском. Основними джерелами теплової енергії при зварюванні є електричний струм і газове полум'я.

Найбільш розповсюдженими методами з'єднання металів при виготовленні товарів народного споживання є електродугове і електроконтактне зварювання. Значно рідше застосовують газове зварювання. Таке зварювання застосовується при виготовленні труб, побутових машин, металевих меблів, зварних конструкцій і т. д.

Контактне електричне зварювання полягає в нагріванні деталей, що з'єднуються, в місці контакту до пластичного або рідкого стану з наступним сильним стисканням, що забезпечує взаємодію атомів металу. Нагрівання металу здійснюється пропусканням електричного струму через місце зварювання.

За формою зварюваного з'єднання розрізняють стикове, точкове і шовне (роликове) зварювання.

Клепанням називають з'єднання деталей за допомогою заклепок, які складаються з циліндричного стрижня і замикаючих головок. При клепанні в заздалегідь підготовлені в заготовках і суміщені отвори вставляють заклепку, яка має з одного боку головку, і формують другу головку. Клепання забезпечує міцність з'єднань, герметичність і надійність виробу в роботі. Заклепками кріплять арматуру до корпусу посуду, з'єднують деталі замків, кріплять ручки ножів, інструментів тощо.

Зшивання — це з'єднання тонколистового металу за допомогою швів. Шви виконують загинанням кромок і наступним ущільненням. Цей спосіб з'єднань може бути використаний при виготовленні виробів з пластичних металів: низьковуглецеві сталі, алюміній, мідь, їхні сплави. Зшивання застосовується при виготовленні відер, тазів, баків тощо.

Паянням називається процес з'єднання металевих деталей в твердому стані за допомогою присадочного металу (припою), темпе­ратура плавлення якого нижче температури плавлення основного металу. Для отримання тривкого з'єднання при паянні поверхню виробів очищають, знежирюють і усувають оксиди. Вилучають оксиди із забруднених поверхонь металів флюсами, що водночас захищають його від окислення, покращують змащування і розтікання припоїв. Флюси випускають у вигляді порошку, паст або в рідкому вигляді. При виготовленні металогосподарських товарів для паяння застосовують м'які припої з температурою плавлення до 400°С та з механічної міцністю до 7 кгс/мм² і тверді — з температурою плавлення до 900°С та значною механічною міцністю з'єднання — від 6 до 50 кгс/мм².

М'які припої виготовляють на основі олова з додаванням свин­цю, цинку, кадмію, вісмуту. При паянні м'якими припоями в якості флюсу використовують соляну кислоту, хлористий цинк, каніфоль. Застосовують м'які припої для паяння харчового посуду, медичної апаратури, при виготовленні галантерейних і ювелірних виробів. Паяння здійснюють нагрітим паяльником.

Тверді припої — це сплави на мідній, срібній, алюмінієвій або нікелевій основі. Застосовують їх для отримання міцних швів при паянні виробів з міді, латуні, бронзи, сталі. При паянні твердими припоями в якості флюсу застосовують буру, борну кислоту, хлористий цинк. Тверді припої використовують при виготовленні радіотоварів, ювелірних виробів та ін. Паяння здійснюють при нагріванні зварювальними пальниками або паяльними лампами.