Цветные металлы и их сплавы.

Основные сведения о металлах и сплавах и их свойствах.

Общие сведения о металлах и сплавах.

Чтобы осуществить целесообразное использование машин и орудий, организовать правильный уход за ними, исправлять возможные дефекты, необходимы сведения о составе, свойствах, и назначении металлов и других материалов, используемых в полиграфии и творческой деятельности художника – графика.

Сведения о металлах приобрели характер науки только в 19в. в связи с успехами физики, химии и других наук. В развитии науки о металлах – металловедения исключительно большие заслуги принадлежат многим нашим соотечественникам и прежде всего выдающимся русским ученым П.П. Аносову, впервые при изучении металлов применившем микроскоп, Д.К. Чернову, разработавшему научные методы исследования металлов и положившем начало науке о внутреннем строении металлов.

Успехи научного исследования металлов имеют огромное практическое значение, так как позволяют правильно решать вопросы о способах обработки металлов и их использовании для различных целей.

Собственно металлами называются химические элементы, обладающие определенными, характерными для металлов, признаками.

Характерными признаками металлов являются их внешний блеск, непрозрачность, хорошая проводимость тепла и электрического тока. Большинство металлов обладают ковкостью и способностью свариваться. К группе, так называемых, технических металлов, относят железо, алюминий, медь, олово, свинец, цинк, никель, хром и т.д. В практике металлами называют не только химические элементы, но и соединения металлов с другими веществами. Например металлами называют чугун, сталь, несмотря на то, что в их состав входят, кроме железа, углерод, кремний, марганец, фосфор, сера. Ввиду тог, что такие сложные металлы обычно получаются в результате плавления, их правильнее называть сплавами (сталь, чугун, бронза, латунь, дуралюминий и др.). Свойства металлов и сплавов не являются постоянными и изменяются в зависимости от различных условий их производства и обработки. Например, один и тот же металл или сплав может иметь различную прочность, твердость и другие свойства в зависимости от того, подвергался он после остывания прокатке, ковке, термической обработке.

В зависимости от назначения металлов и сплавов к ним предъявляются самые разнообразные требования : рабочие детали машин, подвергающиеся в процессе работы значительным нагрузкам, должны обеспечить высокую прочность и твердость против изнашивания; режущие инструменты нуждаются в большой твердости, для электропроводов необходима высокая электропроводность и т.д.

По химическому составу стали делятся на две основные группы: углеродистую и легированную.

По мере возрастания в стали содержания углерода возрастает ее прочность, твердость, упругость и уменьшается ее пластичность. По применению углеродистая сталь делится на конструкционную и инструментальную.

Легированные стали отличаются большим разнообразием в связи с возможностью изменения числа примесей и их содержания. По применению легированная сталь носит название конструкционной, инструментальной и стали с особыми химическими и физическими свойствами.

Термическая обработка металлов.

Термической обработкой металлов называется такой тепловой процесс, при котором металл нагревается до определенной температуры, выдерживается некоторое время при этой температуре, а затем с определенной скоростью охлаждается. Цель термической обработки изменять свойства металла или сплава.

Виды термической обработки.

Отжиг. При отжиге сталь приобретает ряд особых свойств:

· внутреннее строение становиться мелкозернистым, что улучшает механические свойства стали;

· сталь приобретает наименьшую твердость и наибольшую пластичность, т.е. свойства, улучшающие ее обработку;

· устраняются внутренние напряжения, вызванные в стали предыдущей термической обработкой, а так же ковкой, литьем и проявляющиеся в повышенной хрупкости и слабой сопротивляемости ударной нагрузке.

Отжиг бывает полный и неполный. Температура при отжиге должна быть на 20-30 градусов выше “первой критической точки” (723градуса), т.к. установлено, что при этой температуре происходят основные изменения внутреннего строения стали. Нагретые до указанных температур детали выдерживаются в течении срока зависящего от массы деталей и постепенно охлаждаются вместе с печью до нормальной температуры.

Нормализация.Целью нормализации является получение мелкозернистой структуры стали. Сравнительно с отожженной сталью, сталь после нормализации обладает большей твердостью и прочностью, но меньшей пластичностью. При нормализации детали нагревают до температуры отжига, а затем охлаждают на воздухе.

Отпуск.Отпуском называется процесс термической обработки, применяемый после закалки стали для уменьшения ее хрупкости и улучшения обрабатываемости. Различают высокий, средний и низкий отпуск.

Высокий отпуск – для получения наибольшей пластичности и ударной вязкости. В этом состоянии сталь обладает наилучшими механическими свойствами. (нагрев до 500-700)

Средний отпуск – для получения наибольшей упругости. Пружины, рессоры и т.д. (нагрев до 250-450)

Низкий отпуск – пригоден после поверхностной закалки, цементации. Применяется, когда требуется обеспечить высокую твердость и износоустойчивость деталей. (нагрев в пределах 140-250)

Выполняется операция отпуска в печах с точным измерением температуры при помощи пирометра. На практике, часто определяют степень отпуска по цвету поверхности отпускаемой стали. Эти цвета носят название цветов побежалости, которые получаются вследствие того, что при нагреве железо начинает покрываться тонкой пленкой окиси, имеющий различный цвет в зависимости от толщины пленки.

Химико – термическая обработка стали.

Изменения состава стали совершается путем диффузии, т.е. проникновение в нагретую поверхность различных элементов: углерода, азота, хрома, алюминия и др. таким путем детали сохраняя свойства основного материала, приобретают новые свойства в поверхностном слое. Самым распространенным из данных процессов является цементация.

Цементация– науглероживание поверхности деталей изготовленных из мягких сталей. Назначением цементации является получение деталей высокой твердости, прочности и износоустойчивости поверхностного слоя при сохранении мягкой и пластичной сердцевины.

Азотирование – выполняется подобно газовой цементации. Через нагретую печь пропускают аммиачный газ содержащий азот. После азотирования детали имеют высокую твердость поверхностного слоя, мало изнашиваются в условиях трения, не ржавеют.

Цветные металлы и их сплавы.

Медь – металл красного цвета. Температура плавления 1083градуса С. Медь обладает высокой электропроводностью, коррозийной стойкостью, пластичностью. В чистом виде из-за не высоких механических свойств почти не применяется. Медь хорошо сплавляется с другими металлами, образуя сплавы, которые находят широкое применение.

Алюминий – металл серебристо-белого цвета. Алюминий относится к легким металлам, температура плавления 658градусов С. Характеризуется высокой электропроводностью и пластичностью. Широко используется в сплавах.

Магний– очень легкий металл серебристо-белого цвета, температура плавления 651градус С, обладает высокой коррозийной стойкостью входит в состав алюминиевых антифрикционных сплавов.

Свинец – металл голубовато-серого цвета, температура плавления 327градусов С, легко обрабатывается давлением даже в холодном состоянии. Образует ряд сплавов – припои, входит в состав свинцовистой бронзы.

Олово – серебристо-белый мягкий металл. Температура плавления 232градуса С, характеризуется коррозийной стойкостью и высокой пластичностью, в холодном состоянии прокатывается в тонкие листы. В основном применяется для изготовления припоев.

Цинк – металл синевато белого цвета, температура плавления 419градусов С. Цинк при обычной температуре хрупок, а при нагреве до 110градусов обладает высокой пластичностью. Характеризуется высокой коррозийной стойкостью. Разрушается под воздействием кислот и щелочей. Используется в сплавах наряду с никелем и хромом, а также для поверхностного покрытия для улучшения коррозионных свойств и внешнего вида (оцинкование, хромирование, никелирование).

Латунь – медный сплав, в котором преобладающей, легирующей составной частью является цинк. Содержание цинка в латунях доходит до 55%. Повышение содержания цинка придает латуни особую прочность. Латуни бывают простые и специальные. Простые – сплав меди с цинком. В специальные латуни для повышения прочности, твердости, коррозионной стойкости, пластичности добавляют олово, алюминий, никель, марганец и др.

Латуни находят широкое применение в машиностроении.

Бронза – бронзой называется всякий медный сплав за исключением латуни. Цвет бронзы зависит от содержания в ней олова. Так при содержании в ней олова около 5% цвет имеет желтый, 10%-12% - оранжевый, 28% и более – белый. С увеличением содержания олова в бронзе повышается ее твердость и предел прочности на растяжение. Бронза имеющая не менее 14% олова способна принимать закалку. Бронза является антифрикционным, стойким против истирания сплавом.

Абразивные материалы.

Абразивные материалы применяются для шлифования металла. Шлифованием называется снятие с поверхности металла тонкой стружки при помощи абразивного инструмента. К абразивному инструменту относятся шлифовальные круги, сегменты, оселки, бруски и головки в которых режущим элементом служит абразивный материал – твердые зерна природных и искусственных веществ. Природными шлифующими материалами являются наждак и корунд, а искусственными карборунд и электрокорунд, а так же карбид бора (химическое соединение бора с углеродом). Зерна абразивного материала соединяются в одно целое при помощи какого-либо связующего (связки).

Корунд является твердым минералом, состоящим из 90% глинозема и окиси алюминия, наждак также представляет собой корунд, но с примесями железа и других веществ. Наждак содержит около 60% глинозема.

Карборунд получается сплавлением в дуговых электропечах кварцевого песка и угольного порошка. Карборунд бывает зеленый (более твердый) и черный. Твердость карборунда близка к твердости алмаза.

Электрокорунд изготавливается плавлением в дуговых электропечах материалов содержащих значительное количество окиси алюминия. Электрокорунд обладает высокой твердостью позволяющей обрабатывать закаленную сталь.

Карбид бора, обладает высокой твердостью, применяется в качестве заменителя алмазной пыли при доводке изделий из закаленных металлов и шлифовании стекла.

Величина зерна обозначается номерами, показывающими, сколько отверстий на одном погонном дюйме имело сито, через которое просеяны зерна размельченного абразива.

Абразивные инструменты изготавливаются на керамической, бакелитовой и вулканитовой связках.

Шкурка шлифовальная на тканевой основе применяется для сухого шлифования. Шкурки изготавливаются в виде рулонов и листов. Шкурки бывают: электрокорундовая, карбид-кремниевая, кремневая, кварцевая, стеклянная.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОФОРТЕ

Офорт –углубленная гравюра на металле, выполненная при помощи травления. Eau forte – в буквальном переводе с французского – крепкая водка; так раньше называлась азотная кислота, употребляемая для травления металла.

Первые датированные оттиски с травленых стальных досок относятся к1501-1507годам и связаны с именем Даниэля Хопфера из Аугсбурга. К искусству офорта обращались многие мастера гравюры: Рембрандт, Рубенс, Гойя, Тьеполо, Пиранези, Бренгвин, Уистлер, Кольвиц,

В углублённой гравюре рисунок механическими или химическими (протравливание кислотой) средствами углубляется в металлической пластине (из меди, латуни, цинка, железа, стали); краска набивается тампонами в углубления, и доска, покрытая влажной бумагой, прокатывается между валами печатного станка. Чёткую чисто линейную структуру имеет резцовая гравюра (прорезание штихелем линий в поверхности металла), причём направлением линий и их меняющейся толщиной выразительно передаётся пластика изображаемого предмета. Свободная, живописная игра линий в офорте (процарапывание рисунка гравировальной иглой в покрывающем доску кислотоупорном лаке с последующим травлением доски) и гравюра сухой иглой (процарапывание рисунка иглой прямо на доске) позволяет выразить движение, становление, тонкие свето-воздушные, эмоциональные, психологические нюансы; возможность непринуждённого выражения замысла привлекала к этим видам гравюр живописцев, скульпторов, архитекторов. Богатство тональных оттенков достигается в гравюре акватинтой (протравливание доски сквозь поры прилипшего к ней смолистого порошка), пунктирной манерой (комбинации точек, выбитых в доске пунсонами или же нанесённых сквозь лак иглами и рулетками и затем протравленных), лависом (рисование на доске кислотой, наносимой кистью), меццо-тинто (выглаживание гладилкой светлых мест изображения на доске, которой с помощью гранильника придана сплошная шероховатость).

Многие виды углублённой гравюры - отдельно или в различных сочетаниях с др. видами - часто служили репродукционным целям. Прямо имитирует карандашный рисунок гравюра карандашной манеры (разновидность пунктирной манеры) и мягким лаком (рисование карандашом на бумаге, положенной на покрытую жирным лаком доску; лак прилипает в местах рисунка к бумаге и снимается вместе с ней, обнажая для травления поверхность доски). Традиционные материалы в наше время часто заменяются новыми: дерево - пластиком, металл - оргстеклом и т. д.

Как выпуклая, так и углублённая гравюра может быть цветной. Краски могут наноситься тампонами на разные участки одной доски. При другом способе каждая краска наносится на особую обработанную лишь в соответствующих частях доску, а изображение возникает в результате последовательного оттискивания всех досок на одном листе. Фиксированная в оттиске стадия работы гравёра над доской называется «состоянием».

Практическая работа:

Задание 1. По ранее подготовленному эскизу выполнить гравюру на оцинкованном железе, алюминии, меди, цинке (пейзаж или натюрморт).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: