Технические науки / 8.Обработка материалов в машиностроении.

Чугошкина А.В.

Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова

Металлы и сплавы

Наука о металлах позволила создать современные материалы, которые дали возможность построить самые совершенные машины, освоить космическое пространство и т. д.

В машиностроении чистые металлы почти не применяют, а используют их сплавы. Металлы и сплавы подразделяют на черные (железо и сплавы железо — углерод) и цветные (медь, алюминий, цинк, свинец, олово и др.).

При внимательном рассмотрении таблицы Менделеева можно заметить, что три четверти ее химических элементов, из которых состоят все вещества в природе, составляют металлы. А вот таких хорошо известных металлов, как чугун и сталь, бронза и латунь, в таблице Менделеева нет. Известно из школьного курса, что они представляют собой металлические сплавы. Основные элементы чугуна и стали — железо и углерод.

По мере развития человечества и вплоть до наших дней использование металлов непрерывно расширялось. Еще не удалось точно установить, где и как впервые начали добывать железо в промышленных масштабах. Самое древнее железное изделие найдено в Египте и относится к IV тысячелетию до нашей эры. Цена железа превышала стоимость меди в 15-20 раз.

Наряду с железом люди давно знали медь, олово, серебро, золото, свинец и другие металлы. Из меди чеканили монеты и делали хозяйскую утварь, из свинцовых листов изготовляли трубы и якоря судов, из серебра и золота создавали украшения и расшивали одежду и т. д.

Человек научился извлекать металлы из земных руд. Запасы металлов на нашей планете в настоящее время оценены достаточно точно. Например, содержание алюминия в земной коре составляет 8,0% по массе (III место по распространенности после кислорода и кремния), железа – 5,0% (IV место).

Сплавы применяются в машиностроении также потому, что чистые металлы получить значительно труднее, кроме того, сплавы обладают более лучшими специальными качествами, чем чистые металлы. Известно, что сталь прочнее железа, латунь и бронза прочнее меди, а алюминиевые сплавы прочнее чистого алюминия. Большинство металлов и сплавов обладают способностью, не разрушаясь, изменять свою форму под воздействием внешних сил, т. е. пластичны.

Безусловно, тяжелые или черные металлы составляют основу машиностроительного производства, но и цветные металлы нашли широкое применение в создании машин и их составных элементов. Прежде всего, это алюминий, медь, цинк, олово, никель и их сплавы.

Они используются там, где их свойства, безусловно, необходимы. Например, медь в обмотках генераторов и стартеров автомобилей, олово и бронза для подшипников скольжения и втулок, свинец и сурьма при изготовлении пластин аккумуляторных батарей, алюминий и его сплавы при отливке блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Металлов — десятки, сплавов — десятки тысяч. Каждый год, каждый месяц создаются все новые и новые сплавы, а многие старые сплавы постепенно перестают применяться, заменяются новыми.

В ближайшей перспективе расширится применение материалов с наноструктурами, что решительным образом повысит качество деталей машин, позволит переосмыслить конструкцию их агрегатов, узлов и механизмов. Покрытие в 20-30 нанометров продляют ресурс цилиндро-поршневой группы, подшипников, шестерен, кузовов, шин и многих узлов трения.

Металлы и сплавы можно классифицировать по технологии получения заготовок: простые металлы и сплавы более пригодны для ковки и прокатки. Такие металлы и сплавы называются деформируемыми. Основное технологическое свойство деформируемых сплавов — высокая пластичность. Из числа деформируемых сплавов можно назвать стали, латуни, некоторые бронзы, дуралюмины.

Другие сплавы более пригодны для изготовления из них фасонных отливок. Это — литейные сплавы. Основное технологическое свойство литейных сплавов — высокие литейные свойства: высокая жидкотекучесть, небольшая линейная и объемная усадка. Типично литейные сплавы: чугуны, силумины, оловянная бронза. Есть много сплавов, которые одновременно относятся к деформируемым и литейным. Таковы многие латуни, бронзы и некоторые стали.

Большое значение в современном машиностроении имеют и неметаллические конструкционные материалы. Так, синтетические материалы широко используются в строительстве, электротехнике, машино- и приборостроении, в том числе автомобиле и самолетостроении.

Нельзя сказать, что развитие промышленности синтетических материалов уже закончилось. За ними будущее, так как природа таит в себе колоссальные запасы сырья для их производства. Нужно отметить, что за истекшие 30 лет производство синтетических материалов в мировом масштабе выросло более чем в 80 раз и в настоящее время превышает объем производства всех известных металлов.

Список используемой литературы:

1.Рогов В.А., Позняк Г.Г. Современные машиностроительные мате- риалы и заготовки. М.: Академия, 2007.

2. Братухин А.Г., Шалин Р.Е., Ромашин А.Г. Новые конструкционные и функциональные материалы и возможности их более широкого примене- ния. С-Петербург.: Политехника, 1992.

3. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1986 г.