Металлы и сплавы черные и цветные металлы

Обновлено: 07.01.2025

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению сплавов чёрных и цветных металлов, роли легирующих добавок, зависимости свойств сплавов от состава.

Бронза – сплав на основе меди; оловянная бронза содержит до 8,5% олова. Может содержать также алюминий, кремний, свинец. Используется для изготовления деталей машин, инструментов, при ударе не образующих искр.

Баббиты – сплавы на основе олова и свинца. Применяются для изготовления подшипников, так как отличаются высокой устойчивостью к истиранию.

Дюралюминий – высокопрочные сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца. Основной конструкционный материал в авиа- и ракетостроении.

Константан – сплав на основе меди, никеля и марганца, используется для изготовления электроизмерительных приборов.

Латунь – сплав меди и цинка, с небольшими добавками никеля, олова, свинца, марганца. Используется для изготовления деталей машин и запорной аппаратуры.

Легированная сталь – сталь, в состав которой включены легирующие добавки, повышающие прочность, коррозионную устойчивость, жаропрочность и другие свойства сплава.

Легирующие добавки – вещества, вводимые в сплав в определённых количествах, для придания сплаву необходимых свойств.

Мельхиор – медно-никелевый сплав с добавлением железа, используется для изготовления монет, инструментов, столовых приборов.

Нейзильбер – трёхкомпонентный сплав на основе меди, цинка и никеля.

Силумин – сплав алюминия с кремнием. Применяется для литья деталей в авто- моторостроении.

Сплав - материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, один из которых обязательно металл.

Сплав Вуда – легкоплавкий сплав на основе висмута, свинца, олова и кадмия. Используется для изготовления металлических моделей, заливки образцов, пайки некоторых сплавов.

Сталь – сплав железа с углеродом, причем доля углерода не превышает 2,14%.

Цветные металлы – алюминий, медь, никель, цинк, олово, свинец и другие металлы, не относящиеся к чёрным.

Цементит – карбид железа Fe₃C, образуется в виде отдельной фазы в чугуне с высоким содержанием углерода.

Чёрные металлы – железо, марганец, иногда к чёрным металлам относят хром.

Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода в пределах от 2,14 до 4,3%.

Электрон – сплав на основе магния и алюминия с добавлением цинка, и марганца. Используется в авиа- и ракетостроении.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Сплавы металлов и их классификация

Одним из первых металлов, который человек стал применять для своих нужд, была медь. Но ещё в III тысячелетии люди обнаружили, что медь, сплавленная с оловом, позволяет делать более прочное оружие, долговечную посуду. Материал, полученный при сплавлении меди с оловом, получил название «бронза». Это был первый сплав, изготовленный человеком.

Сплавом называют искусственный материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, из которых, по крайней мере, один является металлом.

В зависимости от количества компонентов различают двойные (бинарные), тройные и многокомпонентные сплавы. Сплавы могут иметь однородную структуру (гомогенные сплавы), а также состоять из нескольких фаз (гетерогенные сплавы). В зависимости от своих свойств сплавы подразделяются на легкоплавкие, тугоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твердые, коррозионно-устойчивые. По предполагаемой технологии обработки различают литейные (изделия производят путём литья) и деформируемые (обрабатывают путём ковки, проката, штамповки, прессования) сплавы.

Чёрные металлы и сплавы на их основе

В зависимости от природы металла, составляющего основу сплава, различают чёрные и цветные сплавы. В чёрных сплавах основным металлом является железо. Самыми распространенными из чёрных сплавов являются сталь и чугун. К чёрным металлам относятся железо, а также марганец и хром, которые входят в состав чёрных сплавов.

Чугун – сплав на основе железа, содержание углерода в котором превышает точку предельной растворимости углерода в расплаве железа (2,14%). При остывании сплава, углерод кристаллизуется в виде отдельных включений цементита и графита. Углерод придает чугуну твердость, но снижает пластичность сплава, поэтому чугун хрупкий. Чугун применяют для изготовления литых деталей (коленчатых валов, колёс, труб, радиаторов отопления, ванн, решеток ограждения), кухонной посуды (сковородок, чугунков, казанов).

В стали содержание углерода значительно меньше. В низкоуглеродистых сталях количество углерода не превышает 0,25%, в высокоуглеродистой стали содержание углерода может достигать 2%. Самые первые стальные изделия появились 4000 лет назад. В настоящее время выплавляют стальные сплавы с различными свойствами. Это конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные стали.

Легирующие добавки

Для придания стали особых свойств в процессе её изготовления, вводят легирующие добавки. Легирующими добавками называют вещества, которые добавляют в сплав в определенном количестве для изменения механических и физических свойств материала.

Легированные стали

В зависимости от количества легирующих добавок различают низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Марка стали обозначается с помощью букв и цифр. Буква указывает на химическую природу легирующей добавки, а цифра, стоящая после буквы – на примерное содержание этой добавки в сплаве. Если содержание добавки меньше 1%, то цифру не ставят. Цифры впереди букв показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, в стали марки 18ХГТ содержится 0,18 % С, 1 % Сr, 1 % Мn, около 0,1 % Тi.

Стали применяют для изготовления армирующих железнодорожных рельсов, дробильных установок, конструкций, турбин электростанций и двигателей самолётов, инструментов (пилы, сверла, резцы, зубила, фрезы), химической аппаратуры, деталей автомобилей, тракторов, дорожных машин, труб и много другого.

Цветные металлы и сплавы на их основе

К цветным металлам относят алюминий, цинк, медь, никель, олово, свинец и др. Сплавы на основе цветных металлов называют цветными. Это бронза, латунь, силумин, дюралюминий, баббиты и многие другие. В авиации широкое применение нашли легкие и прочные сплавы на основе алюминия и титана. Изделия из медных сплавов: бронзы и латуни, применяются в химической промышленности, для изготовления запорной аппаратуры: кранов, вентилей. Сплавы на основе олова и свинца используют для изготовления подшипников. Из мельхиора и нейзильбера – сплавов меди и никеля, изготовляют столовые наборы, монеты.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет массовой доли металла в сплаве

Условие задачи: Кусочек нейзильбера массой 2,00 г поместили в раствор гидроксида натрия. В ходе реакции выделилось 0,14 л водорода (н.у.). Вычислите массовую долю цинка в сплаве. Ответ запишите в процентах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: запишем уравнение реакции цинка с раствором гидроксида натрия:

Один моль цинка вытесняет из щёлочи один моль водорода.

Шаг второй: найдём количество цинка, которое вытеснило 0,14 л водорода.

Для этого найдём в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева молярную массу цинка: М(Zn) = 65 г/моль. При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объём, равный 22,4 л. Составим пропорцию:

65 г цинка вытесняет 22,4 л водорода;

х г цинка вытесняет 0,14 л водорода.

65 : х = 22,4 : 0,14, откуда х = (65·0,14) : 22,4 = 0,41 (г) – масса цинка в сплаве.

Шаг третий: найдём массовую долю цинка в сплаве:

ω = (0,41 : 2,00)*100 = 20,5 (%).

2. Расчёт массы легирующей добавки

Условие задачи: Для придания стали противокоррозионных свойств в сплав добавляют хром. Сталь марки С1 должна содержать 12% хрома, 1% кремния, 1,5% марганца и 0,2% углерода. Сколько хрома необходимо добавить к железному лому (посторонними примесями пренебрегаем) массой 500 кг, чтобы получить нержавеющую сталь требуемой марки? Ответ записать в килограммах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: найдём массовую долю железа в стали марки С1:

Для этого от 100% отнимем массовые доли остальных элементов:

100 – 12 – 1 – 1,5 – 0,2 = 85,3 (%).

Шаг второй: найдём массу одного процента сплава.

Для этого массу железного лома разделим на массовую долю железа:

500 : 85,3 = 5,9 (кг).

Шаг третий: найдём необходимую массу хрома. Для этого массу одного процента сплава умножим на массовую долю хрома в сплаве:

Черные и цветные металлы, их применение

В современных условиях повсеместно используются металлы различного типа. Сфера их применения охватывает практически все отрасли, поэтому они имеют высокую ценность на рынке. Все металлы условно разделяются на два типа:

Первые относятся к категории сплавов, содержащих железо. Вторые создаются на основе более редких металлов с уникальными свойствами. Компания «Металл-Снаб» принимает черный лом в Москве на выгодных условиях. Высокие цены и широкий спектр услуг обеспечивают нашим клиентам хорошую прибыль с продажи металлов.

Ключевые свойства черных металлов

Железо и его сплавы являются основными металлами на рынке. В чистом виде вещество встречается в природе крайне редко. Земная кора содержит менее 6% данного вещества. Основная добыча металла осуществляется путем обработки железной руды. Она является основным источником получения железа.

У черных металлов имеется ряд ключевых свойств и особенностей, которые достигаются путем изменения состава сплавов. Основными достоинствами являются:

высокий показатель твердости;
устойчивость к механическим воздействиям;
повышенная прочность;
большой объем сырья для производства;
отличная свариваемость;
низкая стоимость (в сравнении с цветметом) и прочее.

Благодаря данным особенностям чермет активно используется в промышленном и гражданском строительстве для возведения сооружений с высокими показателями нагрузки.

Виды и сплавы черных металлов

Добавление в состав железа сторонних веществ позволяет изменить свойства и характеристики металла. Развитие современной промышленности обеспечило создание ряда сплавов, которые относятся к чермету. Основными из них являются:

Сталь. Наиболее распространенный тип черного металла, который применяется практически везде. Для создания сплава используется порядка 99% железа и от 0,02 до 2,14% углерода. Добавление веществ другого типа в значительной мере изменяет свойства металла, позволяя добиться защиты от коррозии, повышения прочности, устойчивости к высоким температурам и так далее. Наиболее известными марками стали являются 3А, 5А и 12А. На рынке они имеют высокий спрос, поскольку могут использоваться для вторичного производства.
Чугун. Второй представитель железных сплавов. В чугуне процент содержания углерода выше, чем в стали (от 3 до 5%). Данный металл также широко используется в различных сферах производства и промышленности. Однако он обладает большой массой, что ограничивает его использования в определенных условиях. Чаще всего чугун переплавляется в сталь по окончанию срока эксплуатации. Вам нужно знать сколько стоит чугун за 1 кг на лом, перейдите в соответствущий раздел сайта.

Дальнейшая классификация чермета зависит от наличия конкретных веществ в составе сплава. Высоким спросом на рынке пользуется нержавеющая сталь и оцинковка.

Сферы применения черных металлов

Доступность и свойства материала стали основной причиной его спроса на рынке. Сегодня чермет обширно используется в следующих отраслях:

автомобилестроение;
пищевая промышленность;
электротехника и теплоэнергетика;
промышленное и гражданское строительство;
производство изделий различного типа и прочие.

При этом ряд сплавов, отличающихся уникальными свойствами, может использоваться в строгих эксплуатационных условиях. Это относится к производству при резких перепадах температуры, в условиях агрессивной среды и так далее.

Свойства цветных металлов

Цветмет обладает уникальными особенностями, которые позволяют применять сплавы для производства приборов и изделий с ограниченными свойствами. Цветные металлы имеют более высокую стоимость на рынке. Во многом это обусловлено ограниченностью ресурсов. По этой же причине лом цветмета чаще перерабатывается для вторичного использования. Ключевыми свойствами цветных металлов являются:

устойчивость к коррозии;
отличная электропроводность;
высокий показатель пластичности и гибкости;
малый вес (по отношению к чермету);
наличие уникальных свойств и прочее.

Конкретные виды цветных металлов имеют определенные области применения. Многие из них широко используются в фармацевтике, медицине, авиастроении и других отраслях.

Основные виды цветных металлов

Видов цветмета на порядок больше, чем черных металлов. Добавление в состав сплава различных веществ позволило разнообразить структуру и свойства материала. Сегодня все цветные металлы классифицируются по группам:

тяжелые (свинец, медь, цинк);
легкие (алюминий, титан, литий);
тугоплавкие (вольфрам, ванадий);
благородные (серебро, золото, платина);
радиоактивные (уран, радий);
рассеянные (индий, таллий, германий);
редкоземельные (церий, скандий, иттрий).

Каждый тип цветных металлов обладает своими уникальными особенностями и характеристиками, определяющими его назначение.

Почему необходимо сдавать черные и цветные металлы?

За прошлые столетия количество металлов, использовавшихся для изготовления различных изделий, сильно возросло. Если не следить за выбросом отходов, объемы старого лома послужат причиной нанесения вреда экологии. При этом некоторый цветмет имеет токсичные свойства, которые наносят вред организму человека. Хранение таких изделий может привести к хроническим заболеваниям сотрудников.

Также переработка металлов позволяет значительно сократить расходы предприятий и организаций за счет переплавки старого лома. Сдача металлолома обеспечивает экономическую выгоду для всех сторон, дополнительно помогая снизить риск возникновения экологической катастрофы. Наша компания «Металл-Снаб» обеспечит клиентов транспортом и погрузчиками для быстрого вывоза лома. Высокие цены и качественный сервис наших пунктов приема обеспечат выгодные условия для наших клиентов.

Лекция по технологии на тему "Черные металлы. Цветные металлы и их сплавы"

Для постройки судов применяют разные материалы, как металлы, так и неметаллические материалы.

Металлы разделяют на три группы: черные металлы, цветные металлы и сплавы цветных металлов.

Черные металлы

Чугун — это сплав железа с углеродом (1,7-7%). В состав чугуна входит также кремний (0,5-4%), марганец (1,2-2,5%) и вредные примеси — сера и фосфор.

Различают белый, серый и модифицированный чугун.

Белый чугун или предельный используется для изготовления стали.

Серый чугун, с матово-серым изломом, хорошо обрабатывается. В судостроении из него отливают кнехты, кипы, клюзы, дейдвудные трубы, арматуру, станины машин, маховики.

Маркируются серые чугуны буквами и цифрами, например: СЧ 21-40, где СЧ — серый чугун, первое двухзначное число означает минимально допустимый предел прочности при растяжении, а второе — минимально допустимый предел прочности при изгибе.

Модифицированный чугун получают из серого чугуна, добавляя в него различные присадки. Модифицированный чугун обладает хорошими литейными и механическими качествами, отливки из него успешно заменяют стальные.

К модифицированным чугунам относятся высокопрочные чугуны ВЧ 45-0, ВЧ 50-1,5 и т.д., ковкие чугуны КЧ 30-6, КЧ 35-10 и т.д., антифрикционные чугуны АСЧ-1 , АСЧ-2 и т.д.

Сталь. Основным материалом для постройки судов является сталь, представляющая собой сплав железа с углеродом. В зависимости от содержания углерода, сталь обладает большей или меньшей твердостью, чем больше углерода, тем сталь тверже. Однако при содержании углерода более 1,7% сталь становиться хрупкой и непригодной для изготовления судовых конструкций.

Кроме железа и углерода, в состав стали входят примеси других химических элементов, которые делают сталь легированной.

В состав стали могут входить следующие химические элементы: В — вольфрам, Г — марганец, М — молибден, Н — никель, Р — бор, С — кремний, Т — титан, X — хром, Ф — ванадий, Ю — алюминий.

В зависимости от наличия примесей различают углеродистую сталь, то есть не содержащую легирующих элементов, и легированную. Легированная сталь может быть низколегированной, среднелегированной и высоколегированной.

Основными конструкционными материалами в судостроении являются высококачественные углеродистые, низколегированные и стали с особыми свойствами (нержавеющая, высокопрочная, износоустойчивая, жаропрочная).

Углеводородистая сталь в основном используется для постройки корпусов судов внутреннего плавания и изготовления менее ответственных корпусных конструкций (платформы, настилы второго дна).

Толстолистовая низколегированная сталь применяется для изготовления прочных конструкций морских судов (наружная обшивка, палубы, набор). Тонколистовая сталь используется для изготовления стенок надстроек, кожухов дымовых труб, вентиляционных труб. Из угольников изготовляют об решетники, мелкие фундаменты.

Сталь легированная конструкционная поставляется в виде фасонных отливок, поковок, проката для изготовления деталей машин и судовых устройств, арматуры и труб судовых систем, валопроводов, баллеров рулей.

Нержавеющая сталь идет на изготовление деталей механизмов, подвергающихся сильному износу: для изготовления арматуры и деталей, работающих в условиях трения с большой нагрузкой; для изготовления рулей, кронштейнов гребных валов.

Сталь жаростойкая, жаропрочная и теплоустойчивая применяется для изготовления паровой арматуры и трубопроводов, котельных труб, деталей ДВС, газопроводов.

Для изготовления следующих сложных по форме деталей корпусных устройств применяется стальное литье: фор- и ахтерштевни крупных судов, кронштейны и мортиры гребных валов, дейдвудные трубы, якорные клюзы, гребные винты, рамы и секторы рулей, якоря, якорные цепи, кнехты, арматура.

Из стальных поковок изготовляют штыри, леерные стойки, башмаки, задрайки, коуши и для малых судов фор- и ахтерштевни, румпели, баллеры, шлюпбалки.

Цветные металлы и их сплавы

Марка цветных металлов состоит из заглавной буквы металла: А — алюминий, М — медь, Н — никель, О — олово, С — свинец, и цифры, характеризующие чистоту металла. Чем цифра меньше, тем металл чище.

Цветные металлы в основном используются для получения сплавов, но находят применение в чистом виде.

В судостроении применяется медь четырех марок: Ml, МЗ, МЗр и М4:

• Ml используется только для изготовления проводников тока, шин, токопроводящих деталей.

• МЗ используется в виде катанных листов, труб, прутков, поковок и штамповок. Изготовляются трубы для свежего и отработанного пара, пресной и морской воды, масляных и топливных трубопроводов, штуцеров, прокладок высокого давления.

• М4 применяется для изготовления литейных бронз и латуней.

Алюминий — легкий серебристый металл с голубоватым оттенком. В судостроении из алюминия марки АД 1 изготовляют переговорные трубы, емкости для хранения пищевых продуктов и воды; алюминий марки АОО идет на производство фольги для изоляции.

Олово — мягкий серебристо-белый металл. Используется для лужения и приготовления мягких припоев. Является важной составной частью различных сплавов.

Цинк — мягкий металл, применяется для изготовления протекторов и входит в состав различных сплавов.

Сплавы цветных металлов и их применение в судостроении.

Наиболее распространенные сплавы цветных металлов следующие:

• Сплавы медно-цинковые (латуни).

• Баббиты оловянные и свинцовые.

• Припои твердые и мягкие.

• Припои твердые медноцинковые.

• Припои мягкие оловянно-свинцовистые.

Твердыми называются припои, температура плавления которых не менее 500°С, а мягкие припои — с температурой плавления менее 500°С.

Сплавы на медной основе: латуни и бронзы.

Все марки латуней начинаются с буквы «Л» — латунь, а бронз — с «Бр» — бронза. Последующие буквы обозначают элементы, имеющиеся в сплаве: А — алюминий, В — бериллий, Ж — железо, К — кремний, Мц — марганец, Н — никель, О — олово, С — свинец, Ф — фосфор, Ц — цинк.

Латунь — сплав меди с цинком. Простая латунь состоит из меди (60%) и цинка (40%). В марках латуней первое число указывается среднее содержание меди в %, последующие числа — среднее содержание элементов в той последовательности, в которой расположены буквы, остаток — цинк. Например: латунь ЛЖМц 59-1-1 — латунь железомарганцевая, содержащая 59% меди, 1% железа, 1% марганца, остальное — цинк.

В судостроении применяются литейные латуни следующих марок:

• Латунь железисто-марганцовистая ЛЖМц 59-1-1 для изготовления облицовок гребных валов, клинкетов, трубных досок, грундбукс.

• Латунь ЛМцЖ 55-3-1 для изготовления винтов, деталей, работающих в морской воде.

Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, железом, кремнием и другими элементами.

В марках бронз дается среднее процентное содержание только элементов, указанных буквами в той последовательности, в которой они расположены, остальное медь. Например: БР ОЦСН-3-7-5-1 — бронза оловяно-цинково-свинцово-никелевая, содержащая 3% олова, 7% цинка, 5% свинца, 1% никеля, остальное медь.

Буква «Л» стоящая в конце марки латуни или бронзы, обозначает литейный сплав.

В судостроении применяются бронзы следующих марок:

• Бр. АМц 9-2, Бр АМц 10-2 — бронзы алюминиево-марганцевые — для изготовления деталей, работающих в морской и пресной воде, в топливе, крышек, коробок сальников, корпусов и пробок кранов, зубчатых и червяных колес, втулок, деталей узлов трения, работающих при консистентной смазке.

• Бр. СЗО — бронза свинцовистая — для изготовления вкладышей подшипников.

• Бр. ОЦСН 3-7-5-1 для изготовления облицовок валов, корпусов насосов.

• Бр. ОНЦ 9-3-1 — для изготовления сильно нагруженных деталей, работающих в морской воде.

Буква «Б» в марке означает баббиты. Число, стоящее после буквы «Б», указывает процентное содержание олова.

Баббит оловянистой Б 83 применяется для заливки коренных подшипников, опорных подшипников валопроводов, электродвигателей.

Баббит свинцовистой Б 16 применяется для заливки опорных подшипников электродвигателей, генераторов, компрессоров, центробежных насосов, верхних и нижних вкладышей опорных подшипников промежуточных и гребных валов, опорных подшипников брашпиля, шпиля, лебедок. Не применяется при ударной нагрузке.

Алюминиевые сплавы.

В судостроении используют сплавы на основе алюминия следующих марок:

• АМц — изготавливают резервуары для хранения масла и топлива, межкаютные выгородки.

• АМг 2 — изготавливают вентиляционные трубы, декоративные заливки различные штампуемые изделия.

• АМг 3 — изготавливают радиаторы парового отопления, подогреватели, трубы для топлива и масла, кожухи дымовых труб, вентиляционные трубы.

• АМг 5 и АМг 61 — изготавливают корпуса судов, надстрой-ки, мачты, спасательные шлюпки.

• АК 4 — поршни ДВС.

• Литейные сплавы алюминиево-кремнистые (силушины) и алюминиево-магниевые (маналгий) обозначаются АЛ.

Черные и цветные металлы и сплавы

Под металлами в технике подразумевают как химические элементами, так и их соединения (сплавы), которые характеризуются специфическими свойствами: металлическим блеском, высокими электро- и теплопроводностью, непрозрачностью, способностью подвергаться обработке в холодном и горячем состоянии (обработке резанием, ковке, прокатке, волочению и т.п.).

В основе структуры металлов лежит кристаллическая решетка

Сплавы – это твердые вещества, образованные сплавлением двух и более компонентов. Сплавы на основе железа называются черными, на основе других металлов – цветными.

К основным свойствамметаллов и сплавов относятся механические, физические, технологические и эксплуатационные.

К механическим свойствам материала относятся прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость (см. практическую работу №2).

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработке. К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свойства, деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом.

Литейные свойства (жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации) определяются способностью расплавленного металла или сплава к заполнению литейной формы, степенью химической неоднородности по сечению полученной отливки, а также величиной усадки – сокращением размеров при кристаллизации и дальнейшем охлаждении.

Деформируемость – способность принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузке. Свариваемость – это способность металлов и сплавов образовывать неразъемные соединения требуемого качества. Обрабатываемостью называют свойства металла поддаваться обработке резанием. Критериями обрабатываемости являются режимы резания и качество поверхностного слоя.

Эксплуатационныминазываются свойства материалов, непосредственно влияющие на показатели, характеризующие служебное назначение машины.

К эксплуатационным свойствам в зависимости от условия работы машины или конструкции относят износостойкость, коррозионную стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность материала и др.

Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения. Коррозионная стойкость – сопротивление материала воздействию агрессивных сред (кислотных и щелочных). Хладостойкость – способность материала сохранять требуемые пластические свойства при низких рабочих температурах (ниже 0°С). Жаропрочность – способность материала сохранять требуемые механические свойства при высоких рабочих температурах. Жаростойкость – способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах. Антифрикционность – способность материала прирабатываться по трущимся поверхностям к другому материалу.

Чугуны– сплав железа с углеродом (2,14…4,5%) и некоторым количеством кремния, марганца и др.

Различают серый, высокопрочный, ковкий и легированные чугуны. Серый чугун (ГОСТ 1412-85) маркируют буквами «С» – серый «Ч» – чугун и группой цифр, характеризующими величину временного сопротивления (предел прочности при растяжении) в МПа . Например, марка СЧ 15 показывает, что чугун имеет =150 МПа. Для изготовления деталей чаще применяют серый чугун марок СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20, СЧ 30 твердостью в пределах НВ 163…255 и реже СЧ 35. Твердость серых чугунов изменяется в пределах НВ 190…275.

Модифицированный чугун отличается от серого добавкой графитизирующих элементов (ферросилиция, силикокальция или силикоалюминия), повышающих литейные и механические свойства. Путем модифицирования повышают прочностные характеристики серых чугунов за счет образования мелких графитных включений. Высокопрочный чугун получают введением перед разливкой в жидкий чугун в качестве модификатора магний. Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и группой цифр, характеризующих величину временного сопротивления в МПа , например ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45. Твердость высокопрочных чугунов изменяется в пределах НВ 140…360. Маркируется ковкий чугун буквами КЧ и группой цифр, обозначающих временное сопротивление в МПа и относительное удлинение в процентах, например марки КЧ 47-7, КЧ 50-5. Твердость ковких чугунов не превышает НВ 320. Название «ковкий чугун» условно, изделия из него получают литьем, пластической деформации они не подвергаются. Легированные чугуны получают введением легирующих элементов (хрома, кремния, алюминия, марганца и др.). Маркируют буквами и цифрами, например ЧХ 1, ЧХ9Н5, ЧС5Ш, где буква Ч обозначает чугун, Х, Н, С – легирующие элементы, а цифры – их содержание в %; буква Ш указывает на шаровидную форму графита.

Большое влияние на обрабатываемость резанием литых заготовок из серых чугунно оказывает поверхностный слой металла (литейная корка) толщиной 0,15…0,50 мм и твердостью НВ 285…321. По мере удаления от поверхности твердость снижается до НВ 187…229. Высокотемпературный отжиг чугунных отливок позволяет увеличить скорость резания в 1,5…2 раза.

Чугуны широко применяются для изготовления отливок корпусных деталей. Отливки из высокопрочного чугуна используют для изготовления коленчатых валов, деталей прокатных станов, корпусов насосов, зубчатых колес. Ковкий чугун отличается высокой вязкостью, применяют для деталей машиностроения, получаемых отливкой, на которые во время работы могут действовать ударные нагрузки, для изготовления тонкостенных деталей, редукторов, фланцев, муфт.

Стали являются основным конструкционным материалом машиностроения. По назначению различают конструкционную, инструментальную, специальную. Инструментальные стали служат для изготовления различного инструмента (режущего, кузнечного, штамповочного, измерительного). В группу специальных сталей входят стали с особыми свойствами: коррозионно-устойчивые (нержавеющие), жаропрочные, кислостойкие, предназначенные для производства военной техники и др.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особо качественные.

Классификационным признаком служит содержание в стали вредных примесей (фосфора, серы), растворенных газов и присутствующих неметаллических включений. Например, в стали обыкновенного качества содержание фосфора допускается в пределах 0,05…0,07% и серы 0,055…0,06%; в качественных – не более 0,035% каждого из этих элементов; в высококачественных и особокачественных – не более 0,025%.

По химическому составу стали различают как углеродистые и леги-рованные.

По содержанию углерода углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25%, среднеуглеродистые – с содержанием углерода 0,25…0,6% и высокоуглеродистые – с содержанием углерода 0,6…2%.

Конструкционные углеродистые стали. В эту группу сталей включаются стали обыкновенного качества и качественные стали. Они имеют удовлетворительные механические свойства в сочетании с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением.

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-94). Стали с нормированным содержанием углерода могут подвергаться термической и химико-термической обработке. Стали этой подгруппы применяются в основном для изготовления элементов несущих сварных и несварных конструкций и неответственных деталей – болтов, гаек, ручек, втулок, цапф, фланцев, осей, а также деталей, изготавливаемых глубокой вытяжкой.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6, обозначающие процентное содержание углерода в сотых долях процента (например, Ст 3, содержит 0,3% углерода).

Стали качественные углеродистые (ГОСТ 1050-88). Эти стали подразделяются на:

• низкоуглеродистые (до 0,2% С) малопрочные и высокопластичные стали. В основном применяются для деталей, изготавливаемых холодной штамповкой и высадкой. Без термической обработки в горячекатном состоянии из них изготавливаются шайбы, прокладки, патрубки, вкладыши, муфты, крюки, болты и другие детали;

• низкоуглеродистые (до 0,3% С) цементируемые стали. Из этих сталей изготавливаются детали с высокой поверхностной твердостью (с применением ХТО); это в основном малонагруженные шестерни, червяки, вилки, кулачки, толкатели. В горячекатаном и нормализованном состояниях применяются также для изготовления деталей невысокой прочности – крепежных деталей, втулок, осей, валов, муфт, туцеров и многочисленных деталей котлотурбостроения (труб, змеевиков);

• среднеуглеродистые (0,35…0,60% С). В улучшенном состоянии или с поверхностным упрочением ТВЧ из них изготавливают коленчатые валы малооборотных двигателей, шатуны, ходовые винты, зубчатые колеса, маховики, оси, штоки, кулачки, бандажи, шпиндели, замочные шайбы и другие детали.

• стали высокоуглеродистые до 0,85% С, в том числе с повышенным содержанием марганца) применяют преимущественно в качестве рессорно-пружинных.

Качественные углеродистые стали обозначают числами, например марки 08; 10; 15; 20; 25. Цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 15 содержит углерода около 0,15%.

Стали низколегированные конструкционные. Это низкоуглеродистые стали (до 0,2 % С) с небольшим (2…3 %) содержанием легирующих элементов (ГОСТ 19281-89); применяются без термообработки (упрочняются за счет легирования феррита) и с термической обработкой, в том числе с карбонитридным упрочнением. Применительно к строительным конструкциям для этих сталей применяется специальная маркировка: обозначение начинается с буквы «С», далее указывается предел текучести (три цифры), наличие термоупрочнения и повышенной коррозионной стойкости (буквы Т и К).

Стали легированные конструкционные. Стали этой группы различаются по прочности: нормальной и повышенной прочности, высокопрочные (ГОСТ 4543-71).

Легированные конструкционные стали различают по содержанию легирующих элементов – хромистые, хромоникелевые и другие; по качеству – качественная и высококачественная. Кроме того, легированные стали делятся на низколегированную(легирующих элементов менее 3%), среднелегированную(легирующих элементов 3. 5,5%) и высоколегированнуюс содержанием легирующих элементов свыше 5,5% .

Эти стали могут быть низкоуглеродистыми (0,1…0,3% С) и среднеуглеродистыми (0,3…0,5% С).

В качестве легирующих элементов, придающих стали повышенную прочность и специальные свойства, используют хром, никель, молибден, ванадий и др. Легированные стали обозначают цифрами и буквами, например марки 20Х, 40ХС, 30ХГН, 20ХН3А. Первые цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буквы – наличие легирующих элементов. Цифрами после букв отмечено процентное содержание легирующих элементов. Предел прочности сталей возрастает от = 700МПа (сталь 15Х) до =1300 МПа (сталь 20Х2Н4А). Повышение содержания некоторых легирующих элементов, таких, как хром (X), молибден (М), ванадий (Ф), вольфрам (В), никель (Н), увеличивает прочность сталей и снижает теплопроводность, что ведет к ухудшению их обрабатываемости. Кремний (С) ухудшает обрабатываемость стали из-за образования в ней силикатных абразивных включений. Заготовки из крупнозернистой стали обрабатываются лучше, чем из мелкозернистой.

К сплавам цветных металлов относятся легкие сплавы на основе алюминия и магния и сплавы меди с добавками (бронзы и латуни).

Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, считаются сплавами с нормальной прочностью ( 150…400 МПа), к сплавам же повышенной и высокой прочности относятся термически упрочняемые сплавы ( 400…500 МПа и > 500 МПа соответственно).

Сплавы нормальной и повышенной прочности. Сплавами с нормальной прочностью являются сплавы твердорастворного упрочнения (ГОСТ 4784-97), легированные в основном марганцем (АМц) и магнием (типа АМг). Они отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью; используются в отожженном и нагартованном состояниях для изготовления деталей (изделий), формируемых глубокой вытяжкой и сваркой.

К сплавам повышенной прочности относятся сплавы типа дюралюминий (ГОСТ 4784-97), легированные в основном медью, магнием и марганцем (типа Д и АК); они упрочняются термической обработкой на старение. Сплавы типа Д широко применяются в авиации. Ковочные сплавы типа АК используют при изготовлении деталей сложной формы.

К высокопрочным относятся сплавы алюминия с цинком, медью и магнием (типа В). Они упрочняются термической обработкой на старение; по характеристикам прочности превосходят сплавы типа дюралюминий, однако обладают пониженной пластичностью и вязкостью разрушения. Высокопрочные сплавы применяют для высоконагруженных элементов конструкций, работающих в основном на сжатие; из них изготавливают корпуса и детали обшивки.

Магниевые сплавы обладают меньшей плотностью (1,8…1,9 т/м 3 ), во многом аналогичны алюминиевым. Разделяются на сплавы нормальной, повышенной прочности и высокопрочные.

Сплавы медные деформируемые. По прочности медные сплавы уступают сталям (300…500 МПа), и только бериллиевая бронза сопоставима по прочности с улучшенной среднеуглеродистой легированной сталью (1100…1200 МПа). Отличительная особенность большинства медных сплавов – высокая пластичность (по этому признаку они могут относиться и к сплавам высокой технологичности). В машиностроении применяются в основном латуни и бронзы.

Латунь – сплав меди с цинком; обозначают буквой Л и двузначным числом, показывающим среднее содержание меди (остальное – цинк). Например, латунь Л62 содержит 62% меди и 38 % цинка. Для улучшения обрабатываемости в латунь вводят 1…2% свинца (С), а для повышения прочности – алюминий (А), никель (Н) и другие элементы. Например, латунь ЛЖМц59-1-1 содержит 59% меди, 1%железа (Ж), 1%марганца (М), остальное – цинк.

Бронзойназывают сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами, кроме цинка или никеля (ГОСТ 5017-79).

Бронзы обозначают буквами Бр, начальными буквами основных элементов, вошедших в сплав (А – алюминий, Н – никель, О – олово, Ц – цинк, Ф – фосфор), и цифрами, указывающими среднее содержание этих элементов в процентах. Для лучшей обрабатываемости бронз и улучшения их антифрикционных свойств в состав бронз вводят свинец. Например, сплав БрОЗЦ12С5 содержит в среднем 3% олова (О), 12% цинка (Ц), 5% свинца (С) и остальное – медь.

План урока по технологии на тему" Черные и цветные металлы и сплавы"

прививать навыки рационального использования материалов; способствовать развитию логического мышления и памяти.

Тип урока: урок освоения новых знаний.

Методы обучения: устный опрос, беседа, демонстрация наглядных пособий.

Оборудование к уроку:

Наглядные пособия: учебник, плакаты, образцы металлов и сплавов.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Повторение пройденного материала.

Вопросы для повторения, пройденного материала

1) Давайте вспомним, что такое металл.

2) Какие виды металла вам знакомы?

З) С каким металлическим материалом вам приходилось работать (например, в 5 классе)?

4) С какими видами слесарных работ вы уже знакомы?

5) Какие графические изображения металлических предметов вы изучали ранее?

6) Какие инструменты используются при обработке металлов?

3. Изложение нового учебного материала.

План беседы с учащимися:

1) Черные и цветные металлы и сплавы.

2) Механические и технологические свойства металлов и сплавов.

З) Сортовой прокат.

Черные и цветные металлы и сплавы. Приступая к изготовлению какого-либо изделия, необходимо правильно подобрать наиболее подходящий для него материал. В чистом виде металлы применяются редко. Больше всего они используются в виде сплавов. Сплавами металлов называются сложные вещества, полученные путем смешивания в расплавленном состоянии с другими металлами или металла с неметаллическими элементами в точно определенном соотношении. Все металлы и сплавы подразделяют на черные и цветные. К черным относят железо и сплавы на его основе - сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы - цветные.

Железо - металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Пластичен, хорошо обрабатывается, широко распространен в природе, но в чистом виде почти не встречается. Железо находится в земной коре в составе соединения с кислородом и другими элементами. Эти соединения называют железными рудами. Из них получают железо, которое применяют в виде различных сплавов с углеродом - чугунов и сталей.

Чугун - сплав железа с углеродами, содержащий более 2% углерода, а также примеси других элементов. Чугун является одним из самых дешевых и распространенных конструкционных материалов и широко применяется в машиностроении.

Сталь - это сплав железа с углеродом, содержащий до 2 % углерода. Как и чугун, сталь содержит в себе примеси некоторых других элементов. Основное отличие стали от чугуна - это то, что сталь содержит меньшее количество углерода и примесей.

Сталь и чугун являются самыми распространенными материалами современной техники и производства. На их долю приходится основная масса всей металлической продукции.

Среди цветных металлов наиболее широкое применение имеют медь, алюминий и сплавы на их основе, а также олово, цинк и др.

Медь - металл розовато-красного цвета, обладающий электропроводностью и теплопроводностью, пластичностью, но сравнительно невысокой прочностью, хорошо обрабатывается. Применяется, прежде всего, в электропромышленности и химическом машиностроении. Сплавы меди обычно делят на две группы - латуни и бронзы.

Латунь - сплав меди с цинком, имеющий желтый цвет. Обладает высокой пластичностью, твердостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности и в электротехнике.

Бронза - сплав меди с оловом или другими элементами, кроме цинка, имеющий желто-красный цвет. Бронза характеризуется высокой прочностью, твердостью, хорошо обрабатывается резанием, обладает коррозионной стойкостью. Применяется для водопроводных кранов, для отливки художественных изделий, в электротехнике.

Алюминий - металл серебристо-белого цвета, хорошо отливается и прокатывается в листы и проволоку. Широко используется в авиастроении, в электротехнике, при изготовлении предметов быта.

Дюралюминий - сплав алюминия с медью и другими элементами, имеющий серебристый цвет. Хорошо обрабатывается, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Цинк светло-серый металл с голубым оттенком. Обладает высокой коррозийной стойкостью. Применяется для покрытия стальных изделий в целях защиты от коррозии.

Олово - металл серебристо-белого цвета, мягкий и пластичный. Олово можно легко раскатать в тонкие пласты, называемые фольгой. Применяют, для покрытия тонких листов стали и получения белой жести.

-Показ образцов металлов и сплавов обучающимся, дать возможность самостоятельно определить название металла и сплава.

Подведение итогов, выставление оценок.

Домашнее задание: изучить конспект урока. Подготовиться к опросу.

Читайте также: