В настоящее время находят практическое применение почти все металлы или в чистом виде, или в виде сплавов друг с другом. Это применение целиком определяется теми или иными свойствами металлов и их сплавов. Ниже приводится краткий перечень металлов и их сплавов, которые находят наиболее широкое применение или обладают особо ценными свойствами. Наиболее широко применяется железо и алюминий, а также их сплавы (см. часть IX и часть X).
Медь. Чистая медь благодаря большой электропроводности, уступающей только серебру, широко применяется для изготовления электрических проводов и радиотехнической аппаратуры. Тонкие провода изготовляются из бес кислородной меди (кислорода не более 0,02%), так как кислород сообщает меди хрупкость. Иногда к электротехнической меди в небольших количествах добавляют некоторые металлы, повышающие ее прочность, но не снижающие электропроводности, например кадмий (до 1%).
Сплавы меди с цинком называются латунями, а с другими металлами называются бронзами.
Алюминиевые бронзы (5—11% А1) обладают высокой коррозионной стойкостью и золотистым блеском. Они идут на изготовление лент, пружин, шестерен и художественных изделий. Кремнистые бронзы (4—5% Si) обладают высокими механическими и антикоррозионными свойствами. Они применяются в химической промышленности для изготовления сеток,’ проводов, трубопроводов. Берил-лиевые бронзы (1,8—2,3% Be) способны при быстром охлаждении с 800° принимать закалку и становятся твердыми и упругими, как сталь. Их применяют главным образом при изготовлении часовых механизмов и в точной механике. Большинство бронз имеет сложный состав и являются трех- или четырех компонентными сплавами.
Сплавы меди, содержащие до 10% цинка, называются томпаком; при большем содержании цинка (10—40%) — латунью. Томпак и латунь хорошо прокатываются и обрабатываются штамповкой и прессованием. Они применяются для изготовления листов, труб, патронных гильз и различной арматуры (краны, вентили и др.). Добавление в латунь олова резко улучшает ее коррозионную стойкость («морская» латунь).
Сплавы меди с никелем (иногда с добавлением цинка) обладают значительным сопротивлением. Некоторые из них, например мельхиор, применяются для изготовления предметов домашнего обихода. К этим сплавам относятся: манганин — 85% Си, 12% Мп, 3% N; нейзильбер — 65% Си, 20% Z, 15% N; константан — 59% Си, 40% N, 1% Мп; мельхиор — 80% Си, 20% N.
Цинк. Чистый цинк благодаря высокой коррозионной стойкости используется главным образом для цинкования железа (горячим или электролитическим способом). Значительная часть его расходуется на производство сплавов, главным образом с медью.
Ртуть, являющаяся при обычных условиях единственным жидким металлом, применяется в электротехнической промышленности для изготовления ртутных выпрямителей, ртутных прерывателей и для изготовления термометров.
Германий в чистом виде почти не имеет собственных носителей электрического тока (электронов), и в этом отношении он близок к неметаллам. Обладая полупроводниковыми свойствами, он применяется в электро- и радиотехнике для устройства электрических выпрямителей. Пластинка германия размером в несколько миллиметров заменяет радиолампу.
Олово благодаря высокой коррозионной стойкости применяется для лужения железа. Используют его для приготовления подшипниковых и легкоплавких сплавов.
Свинец в большом количестве идет на изготовление оболочек кабелей (примесей не больше 0,08—0,14%), подшипниковых сплавов, пластин аккумуляторов, применяется также в ядерной технике и на покрытие поверхности аппаратов в химической промышленности.
Титан и цирконий относятся к сравнительно легким металлам, обладающим высокой коррозионной стойкостью. По прочности они не уступают стали. До последнего времени титан относился к редким металлам, так как не было удовлетворительных способов получения его в чистом виде. Механической обработке поддается только чистый титан. Применяется он главным образом в самолетостроении, заменяя дуралюминий, который при сверхзвуковых скоростях самолетов благодаря нагреву начинает терять механические свойства. Весьма перспективно применение титана в морском деле — длительные (десятилетние) опыты показали, что он практически не подвергаем ся коррозии в морской воде.
Цирконий дороже титана. Он нашел применение в устройстве атомных реакторов в качестве коррозионностойкого материала, почти не задерживающего медленных нейтронов. Цирконий в нагретом состоянии весьма активен по отношению к кислороду, водороду, азоту и другим газам. Поэтому его применяют в качестве геттера — вещества, поглощающего газы. С этой целью из циркония делают держатели для вольфрамовых нитей радиоламп.
Ниобий и тантал обладают весьма высокой коррозионной стойкостью. Практически в кислотах, в том числе в смеси соляной и азотной кислот, за исключением плавиковой, они не растворяются. Эти металлы, особенно тантал, находят применение в химической промышленности для замены платины при работе с агрессивными средами. Благодаря высокой теплопроводности, превосходящей таковую железа в 17 раз, тантал весьма пригоден для устройства теплообменников. При одинаковой конструкции и производительности теплообменник из тантала меньше железного примерно в 17 раз. Широкому применению тантала еще мешает его высокая стоимость.
Хром благодаря своей высокой коррозионной стойкости и стойкости против истирания применяется для получения защитных покрытий на железе и меди. Изделия из хрома не изготовляются вследствие его хрупкости. Он входит в состав различных сплавов с железом.
Молибден и вольфрам являются самыми тугоплавкими металлами. Они применяются в виде проволок (особенно вольфрам) при изготовлении нитей накаливания электроламп, высокотемпературных печей. Печи с вольфрамовой обмоткой развивают температуру до 2000—2500°. Благодаря большому сродству вольфрама с кислородом при высоких температурах обмотка должна находиться в восстановительной атмосфере, например водорода. В значительных количествах порошкообразный вольфрам идет на изготовление твердых сплавов на основе карбида вольфрама WC. Порошок карбида смешивается с порошком кобальта, и эта смесь прокаливается под давлением в атмосфере водорода. Получающийся материал (победит) идет на изготовление резцов, которые по сравнению со стальными резцами позволяют увеличить скорость обработки металлов примерно в 200 раз.
Применение металла в промышленности
Применение металла в промышленности
Металл является одним из самых необходимых материалов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и иных видах жизнедеятельности человека. Несмотря на то, что сегодня все более популярным материалом становится пластик, трубы из него могут использоваться только в помещениях, а конструкции, проходящие под землей, можно изготавливать только из металла.
Чаще всего в промышленности и строительстве используются не чистые металлы, а их сплавы, в основе которых лежит какой-либо элемент и разнообразные добавки, улучшающие его качества – надежность, прочность и т.д. Самыми распространенными сплавами являются сталь, чугун, а также материалы, в основе которых лежит медь и алюминий.
Сталь является самым востребованным металлом. Подобный вывод можно сделать, проанализировав ежегодные объемы производства того или иного металла. В большинстве случаев, сталь представляет собой сплав железа с углеродом, количество которого достигает двух процентов. Сплавы стали подразделяются на несколько видов: малоуглеродистые, уровень углерода в которых не превышает 0,25%, высокоуглеродистые с содержанием углерода свыше 0,55% и легированные, дополненные никелем, хромом, ванадием. Для того чтобы значение стали в жизни человека стало для вас более явным, попробуйте вспомнить все металлические предметы, которые вы использовали за день, — ножи, бритву и т.д. все они изготовлены из стали.
На втором месте по объему производства находится чугун, который также представляет собой сплав железа и углерода. Только в отличие от стали, количество последнего в чугуне несколько больше. Для придания сплаву прочности в чугун добавляется кремний. Особенно широкое распространение чугун получил в строительстве: он используется для изготовления трубопроводной арматуры, крышек люков и других элементов, основным требованием которых является прочность. Кроме этого, из чугуна производится и некоторая посуда: так, в советское время у каждой хозяйки на кухне была сковорода из чугуна.
Хотя сплавы из алюминия не так распространены, как материалы, названные выше, некоторые их достоинства делают их незаменимыми для некоторых операций. Прежде всего, сплавы из алюминия отличает экономичность, легкость в обработке и другом использовании, а также легкодоступность. Такие сплавы без труда поддаются ковке, сварке, штампованию и другим подобным операциям, а также хорошо поддаются обработке на металлорежущих станках.
Использование алюминиевых сплавов ограничено лишь тем, что при высоких температурах они теряют ряд своих свойств. Так, температура двести градусов по Цельсию уже является для них высокой, между тем, как термоустойчивость – это очень важное свойство металла. К достоинствам алюминиевых сплавов относится их безвредность и экологичность, благодаря чему их можно использовать даже для хранения и перевозки пищевых продуктов, стойкость к появлению коррозии, высокая отражательная способность, а также немагнитность. Наиболее часто алюминиевые сплавы применяются в пищевой промышленности и машиностроении. Кроме этого, они необходимы для создания высоковольтных линий и изготовления некоторых архитектурно-отделочных материалов.
Большинство крупных машиностроительных и других промышленных предприятий, а также строительных фирм не работает непосредственно с металлом, покупает необходимый для их производства металлопрокат, изготовляемый металлургическими заводами, согласно ГОСТам или по индивидуальным чертежам заказчика.
Ответ.
Роль металлов в современной технике очень велика. Они широко используются во многих областях народного хозяйства, в т.ч. в тяжёлой отрасли промышленности, станкостроение, в производстве машин и механизмов, в авиационной и автомобильной отраслях промышленности, в космической технике. Наиболее широкое применение имеют железо и алюминий.
Применение алюминия
1.При получение лёгких сплавов (дюралюминий- в авиа-и ракетостроении, в строительстве).
2. В металлургии˸ для восстановления металлов из их оксидов ( алюминотермия).
3. При изготовлении электрических проводов и кабелей ( легче, чем провода из меди).
4.В производстве бытовых предметов.
Применение железа
1.При изготовлении электромагнитов, трансформаторов, электромоторов, мембран микрофонов ( благодаря способности в быстрому намагничиванию и размагничиванию).
2.Основная масса железа используется в виде железоуглеродистых сплавов – чугуна и стали, широко используемых в промышленности.
Применение меди
1.При изготовлении электрических проводов и кабелей ( хороший проводник тока).
2. Как компонент сплавов ( латуней, бронзы и др.).
Применение цинка
1.Как антикоррозионное покрытие от электрохимической коррозии ( благодаря химической активности).
2. Получение технически важных ( высокопластичных) сплавов˸ с Cu ( латуни), с AI и Ni.
3.Производство гальванических элементов ( цинковоугольных).
Применение титана
1.При получении сплавов (титан и ᴇᴦο сплавы обладают большой легкостью, прочностью , термической и коррозионной устойчивостью).
2.В авиа- и ракетостроении ,при строительстве подводных лодок.
3.В морском судостроении для изготовлении обшивки корпусов судов ,обладающих высокой прочностью и стойкостью в морской воде.
4.Как конструкционный материал при изготовлении оборудования для химической ,текстильной и бумажной отраслей промышленности.
Применение хрома
1.В производстве высококачественных твердых сталей (феррохром).
2.При изготовлении металлорежущих инструментов.
3.Как компонент нержавеющих сталей и сплавов.
4.Как антикоррозионное покрытие (хромирование стальных изделий для предотвращения коррозии).
Применение никеля
1.Как компонент легированных сталей ,а так же жаростойких ,сверхтвердых антикоррозионных и других сплавов.
2.Никелирование поверхностей предметов (от коррозии).
3.Как конструкционный материал при изготовлении химической аппаратурой и ядерных реакторов.
Вопрос 3.Сколько литров кислорода и воздуха нужно для полного сгорания 100 л смеси ,состоящий из 10 % метана , 20% пропана и 70% оксида углерода (II)?
Ответ.
Дано˸ Найти˸
V(смеси)= 100 л, V (O2) = ?
ω (CH4 )= 10 %, V (возд.)= ?
ω (C3 H8)= 20%,
ω (CO) = 70%.
Решение
V (CH4) = 100 *10 /100 = 10 л,
V (C3 H8) =100*20/100= 20 л,
V (CO) = 100*70/100= 70 л.
10 л Х1 л
CH4 + 2O2 = CO2 ↑+2H2O.
V ˸ 1 моль 2 моль
V˸ 22,4 л 44,8 л
20 л X2 л
C3H8 + 5O2= 3CO2↑+ 4H2O.
1. подготовка произ-ва
2. собственно произ-во изделия
Под технологической обработкой понимается комплекс следующих работ:
1. Анализ технологичности конструкции нового изделия.
— контроль чертежей
— анализ возможностей изготовления нов. изделия средствами существующего произ-ва
2. Анализ сертификации.
— составление ведомости покупных, заимствованных и оригинальных деталей
3. Составление расцеховки изделия.
— Т.е. перечень цехов, ч\з которые должен пройти заказ
— определяется загрузка каждого цеха и требуемое расширение мощности
4. Проектирование технологического процесса, изготовление и сборка изделий.
5. Анализ средств технологич. оснащения:
— закупка на стороне нового оборудования
— использование существующих средств и их обработка
— инструменты
— проектирование изготовления новых средств оснащения.
6. Доработка изготовлен. спец. средств тех. оснащения.
7. Разработка новой планировки участков и цехов.
8. Отладка технологии и оснащения на опытной партии изделия.
Подсчитывается акт о сдаче пр-ва в технологическую эксплуатацию. Подготовка занимает от 1 до 7 лет, сейчас сокращают от 1до 5. Подготовку ограничивает НТП. Подготовка использует автоматизацию.
№9. Свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении.
МЕХАНИЧЕСКИЕСВ-ВА – хар-ют способность материалов находиться под нагрузкой не разрушаясь и вместе с тем деформироваться (изменять форму и размеры). Внешняя нагрузка вызывает в тв. теле напряжение и деформацию.
Деформация – нагрузка, сила, отнесенная к единице сечения. 
Напряжение – изменение размеров и формы тела под давлением приложенных сил (внешних).
Различают упругую дефформацию (исчезает после снятия нагрузки), пластичную (деформация остается после снятия нагрузки).
Колличественные значения механических свойств определяют в процессе испытаний на специальных разрывных машинах.
 |
Прочность – способность тв. тела сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних сил.
— предел прочности sв=Рмах/F0.знаменатель – исходное поперечное сечение, имер. Н/м2 или Мпа.
— Предел текучести sт=Рт/ F0.
Пластичность – способность материала получать остаточное изменение формы и размеров без разрушения.
Показатели:
Относительное удлинение 
Относительное сужение 
Для стали sт=650МПа-низкая,650-1300-средняя,1300-1400-высокая прочность. Для алюминия dв=200-400 –средняя, для танталовых dв=800.
Твердость – способность материала сопротивляться проникновению другого тела.
Твердость по Бринеллю (НВ) – определяется путем вдавливания стального шарика под нагрузкой в поверхность испытуемого материала. После снятия нагрузки остается луночка, и по размеру луночки судят о твердости. Для стали НВ=150-200- средняя твердость.
Твердость по Роквеллу – в материал вдавливается алмазный конус, после вдавливания остается отпечаток. Угол конуса равен 1360 и вдавливают с разной силой (шкалы А, В, С, но используют шкалы А и С).
По шкале С оценивают твердость закаленных материалов HRC 20-70 среднее значение 45. По шкале А оценивают твердость тонких менее прочных инструментальных материалов HRA 70-85.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Коэффициент линейного расширения, электропроводность, теплопроводность, окисление, намагничиваемость, удельная теплота плавления, коэффициент трения (возникает благодаря силам взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел).
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Определяют способность материала подвергаться различным методам холодной и горячей обработки.
Жидкотекучесть – способность сплава наполнять форму.
Усадка – сокращение размеров и объема после остывания.
Ковкость – способность материала деформироваться при невысоком сопротивлении и принимать нужную форму без разрушения.
Сваривание – способность металлов образовывать прочные соединения при совместном расплавлении.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА.
Определяет долговечность материалов машине.
Хладноломкость – способность работать при минусовых температурах.
Жаростойкость – способность работать при высоких температурах.
Износостойкость – способность сопротивляться истиранию в процессе трения деталей друг о друга.
Циклическая прочность – вал разрушается при нагрузке в 3 и 5 раз меньше, чем в статическом состоянии.
№10. Черные металлы (чугуны и стали), Сортамент, основные виды, марки материалов.
Черными металлами является железо и его сплавы. На долю черных металлов приходится 95% мировой металлопродукции.
Марки:
Чугун Fe+C (3-4,5%).
В его состав могут входить полезные Mn & Si и плохие составляющие S & P (вместе с коксом). Чугун делят на группы:
Серый чугун. (технический): СЧ32, где прочность -sв=32 кг/м2. Используют для изготовления рам и станин машин.
Ковкий чугун. (более прочный): КЧ17-32 соответственно прочность-sв и пластичность -d. Изготовляют крупные детали, работающих при динамичной нагрузке: маховики паровых машин.
Высокопрочный жаростойкий чугун (300-400оС): ЧС5 (Si – 5% придает высокую термостойкость)
Сталь – деформируемый ковкий сплав Fe+C (до 2%). Различают по химическому составу:
Углеродистые стали. (Mn 1%, Si 0.45%).
1.Углеродистая сталь обыкновенного качества: Ст0 до Ст6 (7 марок), наиболее известная Ст3, по мере увеличения цифры увеличивается содержание углерода и прочность-sв. Из нее изготавливают прокат: