Занятие Система ремонта и техниче ского обслуживания машин Виды и методы ремонта и их сущность. Виды и периодичность технического
 Скачать 5.01 Mb.
|
|
Тема 14. Основные сведения о металлах и материалах, применяемых при ремонте машин. Занятие 1. Классификация металлов и их сплавов, применяемых в производстве и при ремонте автомобильной техники. Черные и цветные металлы и их сплавы. Понятие о физических, механических и технологических свойствах металлов. Прокладочные и изоляционные материалы: асбест, картон, кожа, пробка, резина, их применение. Изоляционные материалы: фибра, смола, лаки и др. Применение пластмасс: бакелита, эбонита, текстолита, гетинакса, целлулоида. Эпоксидные смелы и их применение. Лаки и краски и их применение. Изучение свойств металлов и материалов, применяемых при ремонте машин. 1. Классификация металлов и их сплавов, применяемых в производстве и при ремонте автомобильной техники. Черные и цветные металлы и их сплавы. Понятие о физических, механических и технологических свойствах металлов. 1.1. Металлы Металлическое состояние объясняется электронным строением. Элементы металла, вступая в химическую реакцию с элементами, являющимися неметаллами, отдают им свои внешние, так называемые валентные электроны. Это является следствием того, что у металлов внешние электроны непрочно связаны с ядром; кроме того, на наружных электронных оболочках немного (всего 1–2), тогда как у неметаллов электронов много (5–8). Все элементы, расположенные левее галлия, индия и таллия – металлы, а правее мышьяка, сурьмы и висмута – неметаллы. В технике под неметаллом понимают вещества, обладающие «металлическим блеском» и пластичностью – характерные свойства. Кроме этого все металлы обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью. Особенность строения металлических веществ заключается в том, что все они построены в основном из легких атомов, у которых внешние электроны слабо связаны с ядром. Это обуславливает особый характер взаимодействия атомов металла и металлические свойства. Металлы являются хорошими проводниками электрического тока. Из известных (к 1985 г.) 106 химических элементов 83 – металлы. 1.2. Классификация металлов Каждый металл отличается строением и свойствами от другого, тем не менее, по некоторым признакам их можно объединить в группы. Данная классификация разработана русским ученым Гуляевым А.П. и может не совпадать с общепринятой. Все металлы можно разделить на две большие группы – черные и цветные металлы. Черные металлы чаще всего имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочно-земельных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Наиболее типичным металлом этой группы является железо. Цветные металлы чаще всего имеют характерную окраску: красную, желтую и белую. Обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления. Наиболее типичным элементом этой группы является медь. 1.3. Черные металлы в свою очередь можно подразделить следующим образом: 1.3.1. Железные металлы – железо, кобальт, никель (так называемые ферромагнетики) и близкий к ним по свойствам марганец. Co, Ni, Mu часто применяют как добавки к сплавам железа, а также в качестве основы для соответствующих сплавов, похожих по своим свойствам на высоколегированные стали. 1.3.2. Тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем железа (т.е. выше 1539С). Применяют как добавки к легированным сталям, а также в качестве основы для соответствующих сплавов. К ним относят: Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Tc (технеций), Hf (гафий), Ta(тантал), W, Re (рений). 1.3.3. Урановые металлы – актиниды, имеющие преимущественное применение в сплавах для атомной энергетики. К ним относят: Ас(актиний), Th(торий), U(уран), Np(нептуний), Pu(плутоний), Bk(берклий), Cf (калифорний), Md(менделевий), No(нобелий) и др. 1.3.4. Редкоземельные металлы (РЗМ) – La(лантан), Ce(церий), Nd(неодим), Sm(санарий), Eu(европий), Dy(диспрозий), Lu(лютеций), Y(иттрий), Sc(сландий) и др., объединяемые под названием лантаноидов. Эти металлы обладают весьма близкими химическими свойствами, но довольно различными физическими (Тип. и др.). Их применяют как присадки к сплавам других элементов. В природных условиях они встречаются вместе и трудно разделимы на отдельные элементы. Обычно используется смешанный сплав – 40–45% Се (церий) и 40–45% всех других РЗМ. 1.3.5. Щелочноземельные металлы – в свободном металлическом состоянии не применяются, за исключением особых случаев, например, теплоносители в атомных реакторах. Li(литий), Na, K(калий), Rb(рубидий), Cs(цезий), Fr(франций), Ca(кальций), Sr(стронций), Ba(барий), Ra(радий). 1.4. Цветные металлы подразделяются на: 1.4.1. Легкие металлы – Ве(берилий), Mg(магний), Al(аллюминий), обладающие малой плотностью. 1.4.2. Благородные металлы – Ag(серебро), Pt(платина), Au(золото), Pd(палладий), Os(осмий), Ir(иридий), и др. Сu – полублагородный металл. Обладают высокой устойчивостью против коррозии. 1.4.3. Легкоплавкие металлы – Zn(цинк), Cd(кадмий), Hg(ртуть), Sn(олово), Bi(висмут), Sb(сурьма), Pb(свинец), As(мышьяк), In(индий) и т.д., и элементы с ослабленными металлическими свойствами – Ga(галий), Ge(германий). Применение металлов началось с меди, серебра и золота. Так как они встречаются в природе в чистом (самородном) виде. Позднее стали восстанавливать металлы из руд – Sn, Pb, Fe и др. Наибольшее распространение в технике получили сплавы железа с углеродом: сталь (0,025–2,14% С) чугун (2,14–6,76% С); причина широкого использования Fe-C сплавов связано с рядом причин: малой стоимостью, наилучшими механическими свойствами, возможностью массового изготовления и большой распространенностью руд Fe в природе. Более 90% изготовленных металлов составляет сталь. Производство металлов на 1980 г.: Железо – 718 000 тыс. тонн (в СССР до 150 млн тонн в год) Марганец – > 10 000 тыс. тонн Алюминий – 17 000 тыс. тонн Медь – 9 400 тыс. тонн Цинк – 6200 тыс. тонн Олово – 5400 тыс. тонн Никель – 760 тыс. тонн Магний – 370 тыс. тонн Золото – > 1,2 тыс. тонн Стоимость металла – фактор возможности и целесообразности его применения. В таблице показана относительная стоимость разных металлов (за единицу принята стоимость железа, точнее простой углеродистой стали).
1.5. Сплав. Сплавы, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже- металлов и неметаллов) с характерными металлическими свойствами. В более широком смысле сплавы -любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорганических соединений и т.д.. Многие сплавы (например: бронза, сталь, чугун) были известны в глубокой древности и уже тогда имели обширное практическое применение. Техническое значение металлических сплавов объясняется тем, что многие их свойства (прочность, твердость, электрическое сопротивление) гораздо выше, чем у составляющих их чистых металлов. Называют сплавы исходя из названия элемента, содержащегося в них в наибольшем количестве (основной элемент, основа), например: сплав железа, сплав алюминия. Элементы, вводимые в сплав для улучшения их свойств, называются легирующими, а сам процесс - легированием . Легирование - процесс введения в расплав дополнительных элементов, улучшающих механические, физические и химические свойства основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, проводимых на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции. 1.5.1. Классификация сплавов. По характеру металла- основы, различают черные сплавы (основа - железо (Fe), цветные сплавы (основа - цветные металлы), сплавы редких металлов, сплавы радиоактивных металлов. по числу компонентов сплавы делят на двойные, тройные и т.д.; по структуре - на гомогенные (однородные) и гетерогенные (смеси), состоящие из нескольких; по характерным свойствам - на тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозионностойкие, сплавы со специальными свойствами и другие. По технологии производства выделяют литейные (для изготовления деталей методом литья) и деформируемые (подвергаемые ковке, штамповке, прокатке, прессованию и другим видам обработки давлением). 1.6. Свойства сплавов. Свойства сплавов зависят не только от состава, но и от способов их тепловой и механической обработки: закалки, ковки и др. Вплоть до конца XIX века поиск новых практических полезных сплавов веди методом проб и ошибок. Только на рубеже XIX- XX вв. результате фундаментальных открытий в области физической химии возникло учение о закономерности между свойствами металлов и свойствами образованных из них сплавов, о влиянии на них механических, тепловых и других воздействий. В металловедение различают три типа сплавов: твердый раствор (если атомы, входящие в состав сплава элементов незначительно отличаются строением и размером, они могут образовывать общую кристаллическую решетку); механическую смесь (если каждый элемент сплава кристаллизуется самостоятельно); химическое соединение (если элементы сплава химически взаимодействуют, образуя новое вещество). 1.6.1. Физические свойства сплавов. Приступая к изготовлению какого-либо изделия, вы должны правильно выбрать наиболее подходящий для него материал. Как вы знаете, металлы в технике применяют не в чистом виде, а в виде сплавов. Сплавы получают путем смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определенном соотношении. Правильный выбор подходящего для вашего изделия металла или сплава можно сделать, зная его свойства. Каждый металл и сплав обладает определенными механическими и технологическими свойствами. К механическим свойствам относят прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность. Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит, они обладают достаточной прочностью. Твердость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого материала. Например, если на стальную и медную пластины нанести лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди. Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после устранения внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре ее поместить небольшой груз, то она прогнется на некоторую величину, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это показывает, что материал линейки обладает упругостью. Вязкость — свойство тел поглощать энергию при ударе. Пластичность — способность изменять форму под действием внешних сил не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок. К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость и др. Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности. Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму и получать плотные отливки. Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различными инструментами. Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии. Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии. 1.6.2. Механические свойства металлов и сплавов. К основным механическим свойствам относятся прочность, вязкость, пластичность, твердость, выносливость, ползучесть, износостойкость. Они являются главными характеристиками металла или сплава. 1.6.3.Физические свойства металлов и сплавов. Физические свойства металлов и сплавов определяются удельным весом, коэффициентами линейного и объемного расширения, электропроводностью, теплопроводностью,температурой плавления и т. д. 1.6.4. Химическая стойкость металлов и сплавов. Химическую стойкость металлов и сплавов определяют по их способности сопротивляться химическому воздействию различных агрессивных сред. Эти свойства имеют большое значение для машиностроения и с ними приходится считаться при конструировании машин и деталей. Характерным примером химического воздействия среды является коррозия (окисление металлов). Коррозия – самый опасный враг стальных конструкций. По данным ученых, к сегодняшнему дню человек выплавил не менее 20 млрд. тонн железа и стали, 14 млрд. тонн этого металла «съедено» ржавчиной и рассеяно в биосфер. Эйфелева башня – 1889 г. – предсказывали, что она простоит не более 25 лет (Эйфель считал 40 лет по прочности). Башня стоит в Париже уже более 100 лет, но это только потому, что она постоянно покрывается толстым слоем краски. На покраску башни уходит 52 тонны краски. Стоимость ее давно превысила стоимость самого сооружения. Имеется большое число примеров стальных и железных конструкций, которые с течением долгого времени не поддаются коррозии: балки в церкви Катав-Ивановске, перила лестниц реки Фонтанки в Ленинграде, железная колонна в Дели (1500 лет). Противостоят коррозии поверхностные окислы и повышенное содержание Cu и P, а также природным легированием. Разрушение металлов от коррозии наносит промышленности огромный ущерб, выражающийся ежегодной потерей миллионов тонн металла. Для устранения таких больших потерь в машиностроении применяют покрытие деталей лаками, красками, химически стойкими металлами, окисными пленками. В отдельных случаях применяют различные сплавы, имеющие высокую химическую стойкость, например, нержавеющие чугуны, нержавеющие стали и ряд химически стойких сплавов на основе меди и никеля. Широкое применение начинает находить титан. 1.6.5. Технологические свойства металлов. Технологические свойства металлов и сплавов характеризуются их способностью поддаваться различным методам горячей и холодной обработки (легко плавиться и заполнять форму, коваться, свариваться, обрабатываться режущими инструментами и т. д.). В связи с этим их подразделяют на литейные 1.6.6. Литейные свойства металлов и сплавов. Литейные свойства металлов и сплавов определяются жидко-текучестью, усадкой и склонностью к ликвации. Жидкотекучестью - способность сплава заполнять литейную форму. Под усадкой подразумевают сокращение объема и размеров металла отливки при затвердевании и последующем охлаждении. Ликвация- процесс образования неоднородности химического состава сплава в разных частях отливки при ее затвердевании. 1.6.7. Ковкость металла. Ковкостью металла- способность деформироваться при наименьшем сопротивлении и принимать необходимую форму под влиянием внешних усилий без нарушения целостности. Металлы могут обладать ковкостью как в холодном, так и в нагретом состоянии. Хорошей ковкостью обладает сталь в нагретом состоянии. Латунь однофазная и алюминиевые сплавы обладают хорошей ковкостью в холодном состоянии. Пониженной ковкостью отличается бронза. Чугуны практически не обладают ковкостью. |