2.Понятие о металлических материалах и основах технологии их производства, общая классификация и потребительские свойства металлов и металлопродукции.

Все металлы условно поделены на черные и цветные. Черные металл обычно имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Некоторые из них (железо, титан, кобальт, марганец, цирконий, уран и др.) обладают полиморфизмом (аллотропией). Наиболее типичным черным металлом является железо.

Цветные металлы имеют красную, желтую, белую окраску. Они обладаю большой пластичностью, малой твердостью, низкой температурой плавления. Известно, что олово имеет полиморфизм. Типичный представитель – медь.

К черным металлам относятся:

• железные металлы – железо, кобальт, никель, марганец;

• тугоплавкие металлы; имеют температуру плавления выше чем у железа, т.е. более 15390С;

• титан, ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам, технеций, гафний, рений;

• урановые металлы (актиноиды) – торий, актиний, уран, нептуний, плутоний и др. (с 89 до 103 элемента);

• редкоземельные металлы (с 57 -71 элементы), лантан, церий и д.р.;

• щелочноземельные металлы

• литий, натрий, кальций, калий, рубидий, стронций, цезий, барий, родий, скандий.

К цветным металлам относятся:

• легкие – бериллий, магний, алюминий;

• благородные металлы;

• рутений, радий, палладий, осмий, иридий, платина, золото, серебро и полублагородная медь;

• легкоплавкие металлы – цинк, кадмий, ртуть, галлий, индий, талий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьма, висмут.

Обработка металлов давлением

Обработкой металла давлением называется процесс изменение формы осуществляемый преимущественно с помощью давящего на металл инст­румента.

Обработка металлов давлением основана на использо­вании пластичности металлов, способности твердого тела под действием внешних сил необратимо изменять форму без разрушения. Процессы обработки давлением отличаются высокой производительностью.

Основные виды обработки металлов давлением:

прокатка, волочение, прессование, объемная ковка и листовая штамповка.

Прокатка — процесс, при котором заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между вращающимися валками и пластически деформируется ими.

Волочение — процесс протягивания катанного или прессованного прутка (или трубы) через постепенно сужа­ющееся отверстие в инструменте, называемом волочильной матрицей. Волочением получают проволо­ку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы, главным образом небольшого диаметра с тонкой стенкой. В результате волочения поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается. Технологический процесс волочения состоит из трех ос­новных стадий: подготовка металла, волочение по опреде­ленному режиму и отделка.

Прессование — процесс выдавливания металла из замк­нутой полости контейнера через матрицу, площадь отвер­стия которой меньше площади поперечного сечения исход­ной заготовки.

Ковка — процесс горячей обработки металлов давле­нием при помощи бойков или универсального подкладного инструмента. При ковке металл заготовки пластически де­формируется, постепенно приобретая заданную форму, раз­меры и свойства. Ковкой изготовляют металлические из­делия — поковки, из которых затем получают детали, иду­щие на сборку машин, приборов, агрегатов и т. д. Поковки отличаются от детали припуском — определенным слоем металла поковки, снимаемом при последую­щей механической обработке.

Объемная и листовая штамповка — придание заготовке заданной формы и размеров путем принудительного заполнения ма­териалом рабочей полости штампа. Различают горячую и холодную объемную листовую штамповку.

Горячая объемная штамповка осуществляется в штам­пах, представляющих два стальных бойка, имеющих в плоскости разъема полости — ручьи. При смыкании бой­ков внутри них образуется замкнутое пространство (ручей), очертания которого соответствуют конфигурации изготов­ляемой детали.

Под действием силы удара молота или давления пресса металл деформируется и заполняет имеющуюся в штампе пустоту.

Литейное производство

Литейным производством называется процесс изготов­ления металлических заготовок (отливок) путем заливки жидкого металла в специально приготовленную форму. Форма заполняется металлом через систему каналов, называемую литниковой системой. При этом наружные очер­тания отливки определяются полостью формы, а внутрен­ние образуются соответствующими фасонными вставками, называемыми стержнями.

После затвердения отливки ее извлекают из формы, освобождают от литниковой системы, очищают и отправля­ют на механическую обработку, В ряде случаев отливки предварительно проходят термическую обработку.

Отливки могут быть или вполне готовыми деталями, заготовками для окончательной обработки в механи­ческих цехах. В последнем случае на отливках помимо припуска на усадку предусматривается также припуск на обработку.

Основные способы получения отливок

Для получения отливок изготовляют разовые, полупо­стоянные и постоянные формы. Разовые формы изготовля­ют из формовочных (песчанно—глинистых) смесей. При вы­емке отливки формы разрушают.

Разовые песчаные формы имеют наибольшее примене­ние, но с развитием прогрессивных методов литья их удель­ный вес уменьшается. Полу постоянные формы изготовля­ют из огнеупорных материалов (шамота, графита, асбес­та и др.), поэтому одну форму используют несколько десятков раз. Постоянные формы изготовляют из металла; их используют до 1000 раз и более.

По­иски более совершенных технологических процессов при­вели к созданию новых способов литья: литье в металли­ческие формы, литье под давлением, центробежное литье, литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы и др. Эти способы позволяют получить отливки с более высокой точностью и чистотой поверхности и значи­тельно улучшить условия труда.

Литье в металлические формы

(кокильное литье )

Кокильное литье— это способ получения отливок в постоя иных металлических формах — кокилях, материалом для которых служит чугун или сталь. Металлическая форма овладеет большой стойкостью, что позволяет сделать в ней 600-700 мелких стальных» 1500-5000 чугунных или несколько сотен тысяч отливок из легкоплавких (цветных) сплавов. Кокильные отливки имеют мелкозернистую структуру (вследствие быстрого охлаждения), чистую поверхность н точные размеры, что сокращает или делает ненужной по­следующую термическую обработку.

Литье под давлением является разновидностью кокиль­ного литья. При этом процессе металл подают в постоян­ную форму под давлением 10-500 атм. и выше. Этот спо­соб применяется в массовом производстве для изготовления отливок из сплавов цветных металлов. Он обеспечивает высокую точность размеров отливок, большинство которых натребует дальнейшей механической обработки

Литье по выплавляемым моделям. Заготовки сложных конструктивных форм я небольших габаритов, весом ме­нее 500 г, экономично получать при помощи литья по вып­лавляемым моделям. Сущность этого метода заключается в том, что модель изготовляют из какого-либо очень легкоплавкого материала (воска, стеарина, парафина и т. п.) и после формования не извлекают обычным способом» я вытапливают, в результате чего образуется полость со­ответствующей конфигурации. Готовые отливки имеют очень чистую поверхность, что позволяет резко сократить объем механической обработки отливок перед сборкой.