Производство металло-хозяйственных товаров.

Металлохозяйственные товары.

Характеристика металлов и сплавов.

Металлические элементы составляют почти 3/4 всех существующих в природе элементов, но не все находят широкое применение. Некоторые из них встречаются очень редко.

Классификация металлов проводится по многим признакам:

1. По характеру компонентов делят на черные (железо и его сплавы) и цветные (все остальные).

2. По плотности на легкие (плотность менее 5000кг/м3) и тяжелые (плотность более 5000кг/м3).

3. В зависимости от температуры плавления тугоплавкие (Т плавления выше чем у железа-1539º С) и легкоплавкие.

Для производства металлохозяйственных товаров очень часто используют сплавы.

Сплав-это вещество, получаемое при соединении 2 или более элементов, из которых основным является металл. Сплавы, как и металлы, принято делить на черные и цветные.

Чугун — это сплав железа с углеродом при содержании углерода более 2,14%. Чугун обладает хорошими литейными свойствами и малой способностью к пластической деформации. В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые.

Наименование чугунов "белый" и "серый" происходит от цвета излома, характеризующегося наличием цементита (химическое соединение углерода с железом) или графита.

Белый чугун хрупок и очень тверд. Применяется в основном для получения ковкого чугуна и переделки в сталь. Углерод в нем находится в форме цементита.

Серый чугун практически не обладает пластическими свойствами, но значительно менее хрупок, чем белый. Углерод в нем находится в форме графита. Прочность серого чугуна при работе на сжатие в 3-4 раза выше, чем на растяжение. Серый чугун применяют для изготовления элементов, работающих главным образом на сжатие (колонн, опорных подушек, канализационных труб и др.).

С целью снижения хрупкости и повышения прочности и пластичности чугун модифицируют (т.е. при выплавке вводят специальные добавки.). Наиболее качественным модифицированным чугуном является высокопрочный чугун (ВЧ), который получают из жидкого чугуна путем модификации его магнием.

Ковкий чугун отличается от серого повышенной пластичностью, вязкостью, способностью легко обрабатываться. Ковкий чугун получают путем длительного нагрева (до 100 ч) белого чугуна при высоких температурах (760-980°). Такой процесс называется томлением. Отличительные свойства ковкого чугуна - повышенная пластичность, повышенное сопротивление износу и повторным нагрузкам.

В настоящее время из чугуна изготовляют сантехническое оборудование (отопительные радиаторы, ванны, мойки, сифоны, вентили и др.), а также используют для производства кухонной посуды.

Стали— сплавы железа с углеродом при содержании углерода менее 2,14 %. Свойства сталей разнообразны и зависят от содержания в стали углерода и др. компонентов.

По химическому составу стали делятся на углеродистые (обычные) и легированные (имеют специальные добавки).

Углеродистые стали по содержанию углерода делят на:

низкоуглеродистые (меньше 0,25 % С)

углеродистые (0,25 — 0,6 % С)

высокоуглеродистые (более 0,6 % С)

По назначению углеродистые стали делят на конструкционные (содержание С до 0,65%) и инструментальные (содержание С 0,8-1,3%). Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов. Инструментальные стали обладают большей твердостью и применяют для изготовления инструментов.

Легированные стали -это стали, в которые введены специальные легирующие компоненты. К таким компонентам относится хром, никель, марганец, титан и др. С помощью легирования можно улучшить свойства стали: повысить прочность и пластичность и т.д.

Стали с особыми свойствами.В 1 очередь к ним относится нержавеющая сталь. Основным легирующим компонентом нержавеющей стали является хром. При введении хрома в концентрации более 13% сталь становится некоррозионной. При введении хрома в концентрации более 20% резко возростает хрупкость стали. Также в хромистые стали добавляют никель, который увеличивает упругость стали. Также к сталям с особыми свойствами относят сплавы с высоким электросопротивлением и др.

Цветные металлы и сплавы.

Все металлы за исключением железа и его сплавов относят к цветным.

Для производства бытовых металлохозяйственных товаров наиболее часто используют алюминий, медь, никель, хром, цинк, свинец, олово, титан.

Алюминий и его сплавы.

Алюминий, металл серебристо-белого цвета, обладает малой плотностью (2700 кг/м3), низкой температурой плавления (660 ° С), а также высокой электро- и теплопроводностью. Для алюминия характерна высокая пластичность, химическая стойкость и малая прочность. Высокая химическая стойкость алюминия обусловлена образованием на поверхности металла тонкой защитной пленки из оксида алюминия. Промышленность выпускает несколько марок алюминия. Чистый алюминий применяют для производства зеркал, электрических конденсаторов, проводов и шнуров и т.д.

Алюминиевые сплавы по способу переработки их в изделия делят на деформируемые (подвергаются обработке давлением) и литейные.

К 1 группе относят сплавы алюминия с медью –дюралюмины (от фран. «Дюр»-«твердый). По прочности и твердости дюралюмины более чем в 2 раза превосходят чистый алюминий. Недостаток дюралюминов -низкая коррозионная стойкость, поэтому их подвергают специальной операции -плакированию. При плакировании сплав покрывают тонким слоем алюминия и нагревают. Дюралюмины широко используют в машино- и самолетостроении, для изготовления оборудования в пищевой промышленности, для изготовления мебели, а также столовых приборов.

К сплавам 2 группы относят сплавы на основе системы Al—Si, которые получили название силумины. Силумины являются наиболее распространенными алюминиевыми сплавами, так как обладают хорошими литейными свойствами: высокой жидкотекучестью и малой усадкой. Из этих сплавов можно изготовить фасонные отливки любой сложности всеми видами литья. Сплавы этой группы обладают высокой коррозионной стойкостью и достаточно высокой прочностью (меньше чем у дюралюмина, но выше чем у алюминия). Силумины применяют для изготовления посуды, деталей холодильников, велосипедов, машин.

Медь и ее сплавы.

Медь-металл красно-бурого цвета, легкоплавкий (Тпл.-1083С), тяжелый (плотность-8940кг/м3), обладает высокой электро- и теплопроводностью. При взаимодействии с пищевыми кислотами медь образует токсичные соединения, поэтому посуду из чистой меди изготавливать нельзя. Медь используют как гальваническое покрытие в металлургии, в электронной и радиотехнической промышленности.

Сплавы меди:

Латуни — сплавы меди с цинком (4-40%) и другими металлами (алюминием, железом, кремнием, марганцем и свинцом). Латуни обладают достаточно большой прочностью и пластичностью, заготовки можно получать методом литья. Их применяют для деталей ответственного назначения, работающих в морской воде (гребные винты, их лопасти), для различной арматуры, втулок, подшипников, при изготовлении изделий сложных форм (посуды, музыкальных инструментов и т. д.).

Бронзы- сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Бронзы обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью и жидкотекучестью. Из бронзы изготовляют литые изделия сложных конфигураций.

Мельхиор-сплав меди с никелем (18-20%), имеет серебристый цвет, прочен, пластичен, хорошо вытягивается в нити. Применяют мельхиор для изготовления чайной посуды, предметов сервировки стола, ювелирных изделий.

Нейзильбер-сплав меди с никелем и цинком (никель-13-17%, цинк-18-22%). Сплав имеет серебристый цвет с синеватым отливом, высокую прочность, твердость, коррозионную стойкость. Применяется для производства посуды и столовых приборов, сувениров, медицинских инструментов.

Легирующие металлы.

Никель. Металл серебристо-белого цвета, тяжелый (плотность 8900 кг/м3). Температура плавления 1453 С. Металл обладает достаточной пластичностью, высокой химической и коррозионной стойкостью. Применяют в качестве защитно-декоративных покрытий, для изготовления посуды, инструментов, мебели и т.д. Широко используется в качестве легирующего компонента в сплавах с железом и медью.

Хром. Металл серо-стального цвета, тяжелый (плотность 7140 кг/м3). Температура плавления 1910 С. Металл обладает высокой химической и коррозионной стойкостью, но имеет высокую хрупкость, поэтому самостоятельно практически не применяется. Применяют в качестве защитно-декоративных покрытий. Хромируют инструменты, детали часов, машин, велосипедов. Широко используется в качестве легирующего компонента в сплавах с железом.

Цинк. Металл светло-серого цвета с синеватым отливом, тяжелый (плотность 7140 кг/м3), легкоплавкий (Температура плавления 419 С.), пластичный, обладает небольшой прочностью. На воздухе покрывается оксидной пленкой, которая предохраняет его от коррозии. Самостоятельно практически не применяется (металл токсичен). Применяют в качестве защитно-декоративных покрытий стальных изделий (например, оцинкованная посуда). Широко используется в качестве легирующего компонента в сплавах с медью.

Олово. Металл серебристо-белого цвета, тяжелый (плотность 7300 кг/м3), легкоплавкий (Температура плавления 232 С.), очень мягкий и пластичный, легко прокатывается в фольгу. Олово устойчиво к большинству пищевых продуктов, не образует токсичных соединений. Широко применяется как защитное покрытие изделий из стали, для изготовления посуды и консервных банок. Используется в качестве легирующего компонента в сплавах с медью.

Драгоценные металлы и сплавы. К драгоценным металлам согласно ФЗ-41 от 1998 г. «О драгоценных металлах и драгоценных камнях» относят золото, серебро, платину и 5 металлов платиновой группы: палладий, иридий, родий, рутений, осмий.

Производство металло-хозяйственных товаров.

Технологический цикл складывается из ряда стадий:

1. Получение черновых заготовок или деталей:

2. обработка заготовок;

3. сборка изделий;

4. нанесение защитно-декоративных покрытий;

5. заключительная отделка.

При производстве отдельных товаров ряд стадий может быть исключен.

1 стадия. Получение черновых заготовок может производиться методом литья, давлением в горячем состоянии, давлением в холодном состоянии.
Литье. Самый распространенный и дешевый метод. При литье заготовки деталей получают путем заливки расплавленного металла в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки детали. После затвердевания и охлаждения металла в форме получают заготовку детали, которая называется отливкой.

Способы получения металлических изделий давлением. Металл может обрабатываться давлением в горячем и холодном состоянии. Все методы основаны на высоких пластических свойствах металла. Разновидности:

Прокатка. Наиболее распространенным и дешевым способом производства металлических изделий является прокатка. Сущность процесса ее заключается в обжатии металла между вращающимися валками. При этом заготовка уменьшается в сечении и вытягивается. Металл можно прокатывать как в холодном, так и горячем состоянии. Холодную прокатку применяют для высокопластичных металлов (свинец, олово) или при прокатке тончайших стальных листов (по причине их быстрого остывания). Большинство стальных изделий прокатывают в горячем состоянии при температуре 900—1250°. Обжатие стального слитка до требуемой формы и размера производится за несколько последовательных приемов путем пропускания слитка через ряд валков с последовательно уменьшающимися зазорами.

Способом прокатки получают большую часть стальных изделий для строительства: балки, рельсы, листовую и прутковую сталь, арматуру, трубы.

Ковка. Процесс деформации раскаленного металла под действием повторяющихся ударов молота называют ковкой. В настоящее время ковку производят механическими молотами; в отдельных случаях применяют ручную ковку.

Штамповка- это процесс придания металлу определенной формы с помощью давления штампа. Штамповка позволяет получать изделия очень точных размеров. Различают объмную и листовую штамповку. При объемной штамповке металл помещают в нижнюю половинку штампа и на него под давлением опускают верхнюю половинку. Объемная штамповка может быть горячей и холодной. Горячей объемной штамповкой получают детали ножей, ножниц, инструментов. Холодной объемной штамповкой получают болты, винты, гайки. При листовой штамповке металл обрабатывают в холодном состоянии с помощью матрицы и пуансонов. С помощью листовой штамповки получают кузовные детали машин, мотоциклов, металлическую посуду.

Волочение. Процесс волочения заключается в протягивании металлической заготовки через отверстие сечением, меньшим сечения заготовки. В результате уменьшается поперечное сечение заготовки, но увеличивается ее длина. Волочение металла производят обычно в холодном состоянии. Способом волочения изготовляют тонкостенные изделия (трубки), а также круглые, квадратные, шестиугольные прутки небольшого сечения (до 10 мм2).

Прессование — это процесс обработки металлов дав­лением путем выдавливания его пуансоном из контей­нера через отверстие в матрице. При этом металл при­нимает форму, соответствующую конфигурации отвер­стия в матрице — круглую, квадратную и др.

Чеканка-получение на листовой заготовке выпукло-вогнутого рельефа за счет незначительного перемещения металла под штампом. Применяется в производстве монет, медалей и т.д.

2 стадия. Обработка заготовок проводится с целью придания изделию окончательной формы и размеров, очистки поверхности, улучшения потребительских свойств и т.д.Может осуществляться механическим, физико-химическим, термическим и химико-термическим способом.

При механической обработке заготовок или обработке резаньем заготовка приобретает окончательную форму, размеры и чистоту поверхности. Обработка резаньем заключается в снятии излишков металла в виде стружки с заготовок. Обработку резаньем осуществляют на металлорежущих станках или вручную (слесарная обработка). Наиболее распространенными способами обработки резаньем являются: точение, сверление, фрезерование, строгание, нарезание резьбы.

Физико-химические методы обработки металлов применяют, когда нельзя или затруднительно использовать механический способ. Такая обработка основана на явлении местного разрушения металла под действием электричества. При электрохимической обработке металлов используется принцип гальванической ячейки или электролиза. Заготовка служит анодом, а инструмент подключен как катод. Специально подобранный электролит приводит к анодному растворению металлического материала.

Наиболее распространенной является электроискровая обработка, которую используют для получения отверстий в твердых сплавах, при изготовлении пресс-форм и т.д.

Термическая обработка-это совокупность операций нагревания, выдержки и охлаждения металлов с целью изменения их структуры и свойств. Термическую обработку применяют преимущественно для углеродистых сталей и чугунов. Основными видами термической обработки являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг-это операция, при которой изделие нагревается до определенной температуры (около 600 С), выдерживается и медленно охлаждается. В результате отжига металл освобождается от внутренних напряжений, становится более пластичным.

Нормализация-это операция, при которой изделие нагревают до определенной температуры (сильнее чем при отжиге-650 С), выдерживают и свободно охлаждают на воздухе. Нормализация снимает внутренние напряжения, улучшает обрабатываемость резаньем, позволяет исправить структуру сварного шва. Такая операция обязательно проводится перед закалкой и отпуском.

Закалка-это операция, при которой изделие нагревают до температуры 800-950 С, выдерживают в течение определенного времени и моментально охлаждают в специальных средах (воде, минеральных маслах). Закалка способствует увеличению твердости, прочности, износостойкости изделий.

Отпуск-это операция, при которой изделие нагревают до температуры

650 С и медленно охлаждают до комнатной температуры (на воздухе или в минеральном масле). Отпуск уменьшает внутренние напряжения, повышает упругость и вязкость без снижения твердости. Такая операция применяется для деталей, подверженных значительным нагрузкам.

Химико-термическая обработкаприменяется в тех случаях, когда изделие должно обладать высокой твердостью и износостойкостью при сохранении мягкой и пластичной сердцевины. В процессе такой обработки поверхностный слой изделий насыщается при высокой температуре (600-900 С) одним или несколькими химическими элементами, которые изменяют его свойства. Применяется обычно для стальных заготовок. Основными видами химико-термической обработки являются: цементация, азотирование, цианирование и др.

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой приобретает при этом повышенную коррозионную стойкость и высочайшую твёрдость.

Борирование — химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагреве в соответствующей среде. Тысячные доли бора увеличивают износостойкость стали в 2 раза.

Цементация стали — поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости. Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0.2 % C) и легированные стали.

Диффузная металлизация- поверхностное насыщение стали алюминием, хромом и т.д. При насыщении стали алюминием процесс называется алютированием, при этом увеличивается окалиностойкость поверхности деталей.

Обработка поверхности металлов. В некоторых случаях необходимо получить изделия, имеющие высокий класс точности обработки или высокую чистоту поверхности. Для достижения этого используют следующие методы отделки поверхности: шлифование, полирование, крацовку, галтовку.

Согласно стандарту различают 14 классов чистоты поверхности (1-наиболее шероховатая поверхность) и 11 классов точности обработки (1, 2, 2а, 3, 3а, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Самый высокий класс точности 1).

Шлифование. Это чистовая обработка поверхностей изделий абразивными материалами и инструментами. При шлифовании поверхность получается ровной и гладкой (до 10 класса чистоты поверхности).

Полирование. Это чистовая обработка поверхностей изделий с целью доведения до требуемых размеров, повышения чистоты поверхности до 10-14 класса и придания зеркального блеска. Полирование может проводиться механическим, химическим и электрохимическим методами. Механическое полирование проводится на станках с помощью войлочных или матерчатых кругов, на которые нанесены специальные составы.

Химическое полирование-это погружение изделий в специальный травильный раствор (смесь кислот). При этом кислоты растворяют поверхность металла (в 1 очередь неровности). При такой обработке можно достичь 11-13 класса чистоты поверхности.

Электрохимическое полирование основано на явлении электролиза. При этом можно достичь 14 класса чистоты поверхности.

Крацовка-это обработка поверхности металла вращающимися с большой скоростью щетками из стальной проволоки.

Галтовка -это обработка поверхности изделий в специальных вращающихся барабанах, в которые загружают изделие вместе с аброзивными материалами (песком, керамическими или металлическими шарами.

3 стадия. Сборка изделий. Это процесс соединения отдельных частей в готовое изделие. Соединение может быть разъемным и неразъемным. К разъемным относят соединение с помощью винтов и болтов.

К неразъемным относят: клепку, сварку, сшивку, пайку.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: