Основи слюсарної справи

1. Основні відомості про матеріали

Основні властивості металів та їх сплавів. Розрізняють фізичні, хімічні, механічні та технологічні властивості металів та їх сплавів.

До фізичних властивостей металів належить густина, температура плавлення, тепло- й електропровідність, електричний опір, теплоємність; до хімічних — окислюваність, корозійна стійкість, розчинність; до механічних — здатність чинити опір дії зовнішніх сил. Основними показниками механічних властивостей металів та їх сплавів є міцність, пластичність, твердість й ударна в'язкість.

Під міцністю розуміють властивість металу чинити опір руйнівній дії зовнішніх сил. Розрізняють міцність на розтяг, стиск, згин тощо. Міцність визначають в Н/мм2 площі поперечного перерізу зразка. На розтяг зразки металу випробують на спеціальних розривних машинах.

Пластичність — властивість металу змінювати (не руйнуючись) форму під дією прикладених сил та зберігати її після припинення дії цих сил. Пластичність визначають при випробуванні зразків на розтяг. Вона характеризується відносним видовженням "металу і вимірюється в процентах. Пластичні метали мають велике відносне видовження, а крихкі (наприклад, чавун)—незначне.

Під твердістю розуміють здатність металу чинити опір проникненню іншого, твердішого тіла певної форми і розмірів. Залежно від твердості вибирають метал для виготовлення деталей та інструменту.

Найпоширенішими стандартними методами випробування твердості є методи: Брінелля (вдавлювання стальної кульки); Роквелла (вдавлювання вершини алмазного конуса або гартованої кульки); Віккерса (вдавлювання вершини алмазної піраміди).

Твердість металу за методами Брінелля і Віккерса визначають за відношенням навантаження преса, на якому випробовують зразок, до площі відбитка, Н/мм2.. При визначенні твердості за методом Роквелла вимірюють глибину відбитка (ямки). Чим більша глибина вдавлювання, тим менша твердість металу. Твердість за методом Роквелла — величина умовна, яка характеризує різницю глибин відбитків. Визначають її з добавкою позначення шкали вимірювання. Наприклад, НРВ — при випробуванні стальною кулькою; НРС — при випробуванні алмазним конусом.

Під технологічними властивостями (оброблюваність різанням, зварюваність, ковкість та ін.) розуміють здатність металу піддаватись різним видам обробки.

Поняття про залізо-вуглецеві сплави. Чавуном називається сплав заліза з вуглецем, в якому міститься від 2 до 6,67 % вуглецю. Для виготовлення деталей найчастіше використовують сірий, ковкий та високоміцний чавун.

Сірий чавун має високі ливарні властивості, добре обробляється різанням, тому його широко використовують для виготовлення різних деталей (станин, корпусів та ін.). Марки сірих чавунів СЧ32-52 розшифровуються так: СЧ — сірий чавун; перші дві цифри вказують мінімально допустиму границю міцності розтягу (Н/мм2), а другі — мінімально допустиму границю згину (Н/мм2).

Ковкий чавун за своїми механічними властивостями займає проміжне місце між сірим чавуном і сталлю. Його застосовують для виготовлення литих деталей складної форми та деталей, що швидко спрацьовуються. Букви КЧ у марці КЧ 30-16 означають ковкий чавун; перша цифра вказує мінімально допустиму границю міцності розтягу, Н/мм2, друга — відносне видовження розтягу, %.

Високоміцний чавун відрізняється високою міцністю і стійкістю проти спрацювання. Марки його розшифровуються аналогічно.

Сталь — це теж сплав заліза з вуглецем, але вміст вуглецю в ній значно менший, ніж у чавуні (0,01...2 %). її широко застосовують для виготовлення різних деталей і машин. За призначенням сталь поділяють на конструкційну, інструментальну та з особливими властивостями. В свою чергу конструкційна сталь буває вуглецева звичайної якості, якісна і легована.

Вуглецева сталь звичайної якості є основним матеріалом для виготовлення деталей машин, кріпильних деталей . та інших виробів (водопровідні труби, анкерні болти, гайки, штифти, шпонки, осі). Сталь поділяють на дві групи і одну підгрупу: група А — за механічними властивостями (високоякісна); Б — за хімічним складом; підгрупу B за механічними властивостями з додатковими вимогами до хімічного складу. Сталь позначається буквами Ст з цифрами від 0 до 7: Ст. означає сталь; цифра — порядковий номер у групі.

Вуглецеву якісну сталь застосовують для виготовлення

відповідальних деталей машин (шатуни, пальці, зубчасті колеса, вали та ін.). Марки якісної конструкційної сталі позначають двозначною цифрою, яка відповідає середньому вмісту вуглецю в сотих процента, наприклад, Ст. 45.

Сталь, в яку для надання бажаних властивостей додають різні хімічні елементи, називають легованою, наприклад, Ст. 30ХНЗ. Хімічні елементи, якими легують сталі, позначають буквами російського алфавіту. Перші дві цифри зліва означають середній вміст вуглецю в сотих процента. Букви — наявність легуючого елемента (вміст його у сталі не більше 1 %): Г — марганець, С — кремній, В — вольфрам, М — молібден, Н — нікель, X — хром, Т — титан, Ю — алюміній. Цифра справа після букв вказує вміст легуючого елемента в процентах.

З інструментальних сталей виготовляють різні "вимірювальні, різальні та інші інструменти. Інструментальні сталі поділяються на вуглецеві і леговані (У7, У8... У13). Цифри означають вміст вуглецю в десятих процента. Молотки, зубила, викрутки виготовляють із сталі У7 та У7А, а шабери, ножівкові полотна, напилки, свердла, мітчики, плашки — із сталей УМ, УМА та У12А.

Для виготовлення різального інструменту (різці, дискові фрези тощо) широко застосовують високолеговані інструментальні сталі із значним вмістом вольфраму, хрому, ванадію, якими підвищується стійкість проти спрацювання та термостійкість до 500...600 °С. Наприклад, швидкорізальні сталі Р9 і Р18. Цифра в марках означає середній вміст вольфраму в процентах. Вміст вуглецю в них становить 0,7...0,95 %, хрому — 3,8...4,4, ванадію — І...2.6 %. З інструментальних легованих сталей 9ХС виготовляють мітчики, плашки тощо.

До сталей з особливими властивостями належать корозійностійкі та інші. Корозійностійкі одержують добавлянням у сплав значної кількості хрому {6...28 %), нікелю та інших елементів. Утворена на поверхні сталі плівка окису хрому міцно захищає метал від корозії.

Внесенням у сплав значної кількості хрому, кремнію, алюмінію одержують жаростійку сталь. Плівка, що утворюється внаслідок добавляння хімічних елементів, має добрі захисні властивості проти утворення окалини. З жаростійких сталей Х6СЮ, Х25Н20С2, Х23Н13 виготовляють котельні установки і труби; із сталей ХН60Ю, ХН75МБТЮ, ХН70Ю — деталі газових систем й апаратури; із сталей 4Х9С2, 4Х10С2М, 3X4ЗН7С2 —випускні клапани двигунів внутрішнього згоряння. Ніхромовий дріт виготовляють із жаростійких сталей з великим опором (Х20Н80, Х15Н60) і використовують для електричних нагрівних приладів. Деталі з жаростійкої сталі працюють у середовищі з постійною високою температурою (випускні труби двигунів внутрішнього згоряння, деталі котлів-пароутворювачів, пневматичних низьконапірних пальників установок типу ПНГ, теплогенераторів тощо).

Корозія металів і способи захисту деталей від корозії. Руйнування металів та їх сплавів внаслідок хімічної і електрохімічної взаємодії з навколишнім середовищем називається корозією. Хімічна корозія виникає при взаємодії металів або сплавів з газами або рідинами неелектролітів (бензин, масло та ін.), а електрохімічна — з електролітами (вода, водні розчини солей, кислот, лугів тощо). Корозія металів в атмосфері теж електрохімічна, оскільки повітря завжди містить певну кількість вологи. Найпоширеніші такі способи захисту від корозії: металеві, неметалеві і хімічні покриття.

Металеві покриття виконують нанесенням на поверхню деталі іншого металу, який має більшу стійкість проти корозії. Наносять метал гарячим, гальванічним і дифузійним способами та металізацією. Один з найпоширеніших способів захисту металів від корозії — неметалеві покриття (олійні фарби, лаки, емалі). При хімічному покритті штучно утворюють на поверхні оксидні плівки, які захищають деталі від корозії (оксидування, фосфатування).