Слесарное дело: Практическое пособие для слесаря Костенко Евгений
Универсальный шабер состоит из заменяемой пластины (рабочая часть шабера), корпуса, прихвата, винта и рукоятки.
При шабрении используются чугунные плиты для проверки поверхностей плоских деталей, плоские и трехгранные линейки для проверки плоскостности поверхности, призмы, плиты в виде прямоугольного параллелепипеда, контрольные валики, щупы и другие инструменты для контроля качества шабрения и притирки. Кроме упомянутых инструментов применяют щетки и обтирочные материалы.
Шабрение применяется, когда нужно удалить следы обработки напильником или другим инструментом, а также если требуется получить высокую степень точности и малую шероховатость поверхности деталей машин, соединяемых друг с другом. Шабрение особенно часто применяется при обработке деталей пар трения.
Перед шабренем следует проверить степень неровности поверхности и места неровностей, подлежащие шабрению. Для обнаружения неровностей поверхности служат плиты, линейки, призмы, валики, щупы. При шабрении на краску используется шабровочная краска. В ряде случаев шабрение ведется на блеск.
Для шабрения деталей на краску используют плиту или линейку, а также краску.
В качестве краски для шабрения используют смесь машинного масла с парижской лазурью или ультрамарином, имеющую консистенцию легкой пасты. Иногда используется смесь машинного масла с сажей.
Краска наносится тонким слоем на плиту или линейку кисточкой или чистой ветошью, после чего плита или линейка накладывается на предназначенную для шабрения поверхность детали. После нескольких кругообразных движений плиты или возвратно-поступательных движений линейки по детали или детали на плите деталь осторожно снимают с плиты. Появившиеся окрашенные пятна на детали свидетельствуют о неровностях, выступающих на поверхности детали; неровности удаляются шабрением.
Во время притирки детали к плите на краску на поверхности детали появляются большего или меньшего размера окрашенные пятна, между которыми имеются светлые промежутки. Окрашенные пятна появляются вследствие неровностей на этой поверхности.
Наиболее высокие неровности на поверхности имеют более светлую по сравнению с краской окраску в связи с некоторым стиранием краски при движениях притирки. Основные выпуклости характеризуются хорошим покрытием краской и поэтому имеют густую окраску. Светлые и блестящие пятнышки на поверхности детали свидетельствуют об углублениях на поверхности, которые краской не покрыты.
Последовательность удаления пятен с поверхности определяет их цвет.
Шабрение начинают с самых выступающих мест, обозначенных светлым цветом краски. Затем следуют пятна с густой окраской. Светлые пятна не шабрятся.
Степень точности и шероховатости поверхности определяется по числу пятен краски в квадрате со стороной 25 мм (около 16 – хорошее шабрение, 25 – очень точное шабрение).
Недостатками шабрения являются слишком медленный процесс обработки и значительная трудоемкость, что требует от слесаря большой точности, терпения и времени. Преимуществом этого вида обработки является возможность получения простыми инструментами высокой точности (до 2 мкм). К преимуществам также следует отнести возможность получения точных и гладких фигурных поверхностей, обработки закрытых поверхностей и поверхностей до упора. Хорошо шабрятся чугунные и стальные поверхности небольшой твердости.
Закаленные стальные поверхности следует шлифовать.
При шабрении необходимо соблюдать чистоту и порядок вокруг рабочего места. Инструментом нужно пользоваться осторожно и с умением, в перерыве между работой и после ее окончания убирать в ящик. Шабер следует всегда держать так, чтобы режущая часть была обращена в сторону от работающего. Шабер должен быть хорошо заточен. При шабрении обязательно следует удалять острые кромки с деталей.
2.14. Шлифование и шлифовальные станки
Шлифованием называется обработка деталей и инструментов с использованием вращающихся абразивных или алмазных шлифовальных кругов, основанная на срезании зернами круга с поверхности очень тонкого слоя материала в виде мельчайших стружек. Целью шлифования является получение поверхностей деталей с незначительной шероховатостью и очень точных размеров.
Наиболее простым и распространенным шлифовальным станком является точило (рис. 33). Они широко применяются как в небольших мастерских, так и на крупных предприятиях. Точила бывают разных конструкций и мощности: одинарные и двойные, стационарные и настольные.
Для шлифования используют также и ручные электрические шлифовальные машинки, реже – пневматические. Шлифовальные станки бывают круглошлифовальные, внутришлифовальные, плоскошлифовальные, бесцентровошлифовальные, заточные и специальные (резь-бошлифовальные и зубошлифовальные, шлицешлифовальные и др.).
В результате неправильного выбора глубины и подачи, небрежности в подводе шлифовального круга к детали (или, наоборот, детали к кругу) может произойти повреждение и даже разрыв шлифовального круга или детали, а также могут появиться прижоги, свидетельствующие о структурных изменениях в поверхности материала. При шлифовании обязательно применение охлаждения. В качестве охлаждающей жидкости применяют содовый раствор.
При шлифовании необходимо правильно подобрать соответствующий шлифовальный круг, выполнить его балансировку и установить расчетную частоту вращения. Следует правильно закрепить шлифовальный круг и оградить его кожухом. Для шлифования деталей, которые держат в руках, используют упор, находящийся на расстоянии 2–3 мм перед шлифовальным кругом. При шлифовании необходимо пользоваться небьющимися очками. Шлифование нужно вести в соответствии с инструкцией по обслуживанию станка.
2.15. Притирка, полирование и отделка поверхности
Притирка – это снятие тончайших слоев металла посредством мелкозернистых абразивных порошков в среде смазки или алмазных паст, нанесенных на поверхность инструмента (притира). В качестве инструмента используются притиры, изготовленные из серого чугуна перлитной структуры или другого мягкого металла.
Это один из самых точных способов обработки поверхности металлических деталей. В результате такой обработки с поверхности обрабатываемой детали удаляются все неровности, а также неровности, появившиеся в результате предыдущей обработки, при одновременном достижении очень высокой степени точности плоскостей (1 мкм). Целью притирки является получение точных посадок соприкасающихся поверхностей деталей машин, а также точное выполнение других поверхностей, например, в эталонных плитках.
Различают два вида притирки: притирка шаржирующимся (внедряющимся в поверхность притира) абразивом; притирка нешаржиру-ющимся абразивом.
Первый вид притирки наиболее распространен и осуществляется свободно подаваемым к притиру абразивом в смеси с жидкой смазкой или предварительно шаржированным в притир абразивом в смеси с вязкой смазкой.
В соответствии с указанными видами притирки притиры делятся на ручные, машинно-ручные, машинные (механические) и монтажные.
Притиры имеют вид плиток, притирочных плит, валиков, конусов, кругов, а также могут иметь сложную конфигурацию в соответствии с видом поверхности обрабатываемой детали, причем они могут быть монолитными и разжимными (рис. 34).
Материалы для притирки делятся на пасты, притирочные порошки и полотно.
Притирочная паста – это смесь окиси хрома, кремния, стеариновой кислоты, а также небольшого количества жира и машинного масла; изготавливается нескольких сортов. В качестве шаржирующихся порошков используют алмаз, электрокорунд белый и нормальный, карбид бора, стекло, полировочный крокус, абразивный минерал, негашеную известь. Изделия из цветных металлов и сплавов притираются нешаржирующимися абразивами. Зернистость абразивных порошков выбирается в зависимости от назначения операции: для грубой притирки – крупнозернистые, для окончательной – мелкозернистые.
Смазочной средой для свободной подачи абразива служит керосин, а при особо тонкой притирке – бензин; в случае предварительного шаржирования притиров – керосин, машинное масло. Добавкой к керосину стеариновой кислоты достигается ускорение процесса.
Для притирки нешаржирующимся абразивом, обеспечивающей наивысшее качество поверхности и блеск, используются сравнительно мягкие абразивные материалы. При этом твердость притира должна быть выше твердости притираемой поверхности детали. Применяемые абразивы – окись хрома, крокус (окись железа). Смазочная среда – керосин, машинное масло для стали и смесь животного сала с машинным маслом для меди и ее сплавов.
Абразивный минерал, обычно называемый наждаком, – это мелкозернистый естественный корунд темной окраски. Абразивный минерал в виде свободных зерен или зерен, наклеенных на эластичную подложку (полотно, бумагу), используется для полирования и притирки. Размер зерен определяется так же, как и в других абразивных материалах. Чем грубее зерно, тем выше номер, которым обозначается абразивный минерал.
Притиры изготавливают из серого чугуна перлитного класса твердостью в пределах HB 180–200, мягкой стали, латуни, меди, свинца и твердой древесины. Перед тем, как начать работу, притир следует заправить, т. е. втереть в его рабочую поверхность абразивный порошок с помощью стального стерженька или валика (если притиры из мягкого материала) или с помощью притираемой детали (если притир из чугуна).
Полирование представляет собой отделочную обработку, при которой происходит сглаживание поверхностных неровностей в основном в результате пластического их деформирования и (в меньшей мере) – срезания выступов микронеровностей.
Полирование применяется для придания поверхности детали блеска. В результате полирования снижается шероховатость поверхности и достигается зеркальный блеск. Основное назначение полирования – это декоративная обработка поверхности, а также уменьшение коэффициента трения, повышение коррозионной стойкости и усталостной прочности.
Полирование производится мягкими кругами (войлочными, фетровыми, матерчатыми), на которые наносится смесь абразивного порошка и смазки или полировочные пасты.
В качестве абразивных порошков применяются наждачные и электрокорундовые порошки, окись хрома, крокус, венская известь. В качестве масел и связующих элементов микропорошков с мягким кругом или лентой применяются тавот и смеси парафина и воска, наносимые на круги в разогретом состоянии. В ряде случаев абразивный порошок наклеивают на круг столярным клеем или синтетическим клеем БФ-2. Мелкие детали полируются во вращающемся барабане с использованием стальных закаленных шариков диаметром 3–8 мм. Операция полирования может выполняться вручную или машинным способом.
«Наведение мороза» на поверхность – это один из способов окончательной отделки металлической поверхности, придания ей хорошего внешнего вида путем нанесения на нее мелких рисок по определенному узору. Эти риски выполняются осторожно и аккуратно шабером вручную или механическим способом.
Матирование – это придание металлической поверхности матового пепельно-серого цвета. Эта операция выполняется механически на мелких кованых, литых, опилованных или отлитых деталях с использованием стальных или медных проволочных щеток, совершающих вращательное движение. Перед матированием металлическую поверхность увлажняют мыльными растворами.
Оксидирование – это получение на поверхности стальной детали или изделия тонкого слоя окисла голубого или темно-голубого цвета. Самый распространенный способ оксидирования при слесарных работах основан на покрытии хорошо очищенного от ржавчины предмета тонким слоем льняного масла и нагревании его в горне на раскаленном коксе.
Чернение стальной детали производится в такой последовательности: полирование поверхности, обезжиривание венской известью, промывка, сушка, покрытие травящим раствором. После покрытия травящим раствором производится сушка детали при температуре 100 °C в течение нескольких часов, после чего она подвергается действию пара и горячей воды. Затем производится очистка детали в мокром виде проволочной щеткой.
Окраска – это покрытие поверхности слоем краски или лака с целью предупреждения коррозии и придания детали или изделию товарного вида. Окраска выполняется вручную кистью или механически (малярным пистолетом). Краски могут быть водяные, масляные, нитрокраски и синтетические эмали.
Перед окраской предмет следует хорошо очистить, промыть теплым раствором щелочи, затем чистой водой и высушить. После этого металлическая поверхность грунтуется соответствующей грунтовкой или суриком. Поверхности больших предметов или детали машин, плоскости которых должны быть ровными и гладкими, перед окраской подлежат шпаклеванию. После высыхания шпаклевки поверхности шлифуются, затем грунтуются и окрашиваются.
Материалы и пасты, применяемые при притирке, содержат (в числе других) вредные и отравляющие вещества. Поэтому при притирке и отделке поверхностей следует соблюдать общие меры предосторожности (по мере возможности не касаться их пальцами, мыть руки). Инструмент и станки должны быть технически исправны и использоваться в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Краски должны храниться в несгораемых ящиках. При окраске, напылении и полировании следует предусматривать меры пожарной безопасности. Работнику необходимо надевать защитную одежду и респиратор. При выполнении этих операций в закрытых помещениях должна быть обеспечена интенсивная вентиляция.
2.16. Пайка, лужение, заливка вкладышей, металлизация и склеивание
Пайка – это процесс создания неразъемного соединения металлов с помощью присадочного связующего материала, называемого припоем, причем припой в процессе пайки доводится до жидкого состояния. Температура плавления припоя значительно ниже, чем соединяемых металлов.
Неразъемное соединение металлов пайкой может быть выполнено паяльником, в газовом пламени, пайкой в печах, в ванне, химическим способом, автогенной пайкой и др.
Для пайки припоем необходимы паяльники, припои, а также очищающие, травящие и предупреждающие окисление поверхности во время пайки средства.
Паяльник – это ручной инструмент различной формы и массы. Часть паяльника, которой непосредственно паяют, выполняется из меди. Нагрев медной части паяльника можно производить с помощью электричества (электрический паяльник), над газовым пламенем (газовый паяльник) или в горне.
Для нагрева паяльников и некоторого прогрева соединяемых металлов могут применяться паяльные бензиновые лампы (рис. 35).
Мягкими припоями являются оловянно-свинцовые (с добавлением или без добавления сурьмы). Температура плавления этих припоев от 183 до 305 °C.
Твердость припоя определяется маркой и химическим составом применяемых для припоя металлов. Припои делаются на основе меди, латуни, серебра, никеля и алюминия. Кроме того, различают жаропрочные и нержавеющие припои на основе никеля, марганца, серебра, золота, палладия, кобальта и железа. Температура плавления твердых припоев составляет от 600 до 1450 °C
К химическим очищающим и травящим средствам относятся: соляная кислота, хлорид цинка, бура, борная кислота, нашатырь. Можно очистить поверхность механическими средствами, абразивным материалом или напильником либо металлическими щетками. Во время пайки поверхность предохраняется от окисления такими средствами, как стеарин, скипидар и канифоль.
Хлорид цинка – это химическое соединение соляной кислоты с цинком. Получают его путем помещения в разбавленную соляную кислоту кусочков цинка. После окончания реакции (прекращение выделения водорода) хлорид цинка следует слить в другую посуду, оставив осадок в прежней посуде. Разбавлять кислоту следует путем добавления в нее воды, а не наоборот.
Мягкие припои применяются для неразъемного соединения и уплотнения металлов при незначительных требованиях к прочности и выносливости соединения на растяжение и удар, твердые припои – для неразъемных и герметичных соединений большой прочности и выносливости на растяжение и удары.
Припои выпускаются в виде листа, ленты, прутков, проволоки, сеток, блоков, фольги, зерен, порошков и паяльной пасты.
Лужением называется покрытие поверхности металлических изделий тонким слоем олова или сплавом на основе олова. Цинкование производится способом холодного электролитического или горячего покрытия металлических изделий тонким слоем цинка.
Лужение и цинкование применяются, например, в слесарном деле при производстве бытовых изделий, в пищевой промышленности, в строительстве как средство для защиты от коррозии, окисления и образования химических соединений, вредных для здоровья и разрушающих металл.
Для лужения и цинкования в зависимости от детали и ее назначения нужно иметь чистое олово, цинк или их сплавы, паяльную лампу либо газовую горелку, очищающие средства, необходимые для обезжиривания и очистки поверхностей, подвергающихся лужению или цинкованию, ванны для плавки олова или цинка, обтирочный материал и клещи.
Подшипниковый сплав – это сплав металлов (олова, свинца, меди, сурьмы и др.), служащий для изготовления вкладышей подшипников скольжения заливкой. Во вкладышах из подшипникового сплава при вращении в них валов возникает очень незначительное трение.
Подбор наиболее соответствующих заданным условиям подшипниковых сплавов производят с учетом их физико-механических свойств, в частности антифрикционных свойств, способности выдерживать определенные давления и температуры, твердости, вязкости, литейных качеств и др.
Свойства подшипникового сплава определяет его главный компонент.
Различают подшипниковые сплавы на оловянной, свинцовой, алюминиевой, кадмиевой, цинковой, медной (бронза, латунь) и других основах. Чаще всего используют подшипниковые сплавы на основе олова, свинца или меди.
Жидкий подшипниковый сплав получают в графитовом или чугунном тигле. Тигель подогревают паяльной лампой, на кузнечном горне или пламенем газовых горелок.
Температура отливки подшипниковых сплавов на основе олова или свинца составляет от 450 до 600 °C. Температура плавления бронзы составляет от 940 до 1090 °C. На расплавленный подшипниковый сплав перед разливкой насыпается измельченный древесный уголь, который предохраняет сплав от окисления.
Металлизация напылением – это нанесение металлического покрытия на поверхность изделия путем разбрызгивания под давлением расплавленного металла.
Эта операция выполняется с помощью специальных пистолетов. Металлизация применяется с целью предохранения изделий от коррозии, а также для ремонта изношенных деталей машин, для исправления дефектных отливок, а также для исправления дефектов, возникающих в результате обработки резанием.
Склеиванием называют неразъемное соединение деталей изделий путем обмазки соединяемых поверхностей изделия веществом (или смесью веществ), называемым клеем, их соединения и выдерживания под некоторой нагрузкой до затвердения клея. В ряде случаев применяется подогрев склеенных деталей.
Клей представляет собой вязкое вещество, обладающее склеивающей способностью. Клей состоит из наполнителя, отвердителя, растворителя связующего компонента, пластификатора.
В зависимости от назначения клея в качестве наполнителя применяются древесная мука, измельченный асбест, порошки металлов, их окислы и др. В зависимости от отвердителя различают клеи холодного и горячего отвердения.
Различают следующие виды клеев: белковые или растительные (крахмал, декстрин, гуммиарабик, резиновый клей), животные (костный, рыбий, козеиновый, мездровый, столярный и др.), синтетические (карбинольные, карбамидные, смоляные и др.).
В слесарном деле наибольшее распространение имеют синтетические клеи: фенольные БФ-2, БФ-4, ВК-32-200, ВС-350, эпоксидные ЭД-5, ЭД-6, ВК-32-ЭЛ, полиамидные ППФЭ-2/10, МПФ-1, карби-нольные и полиуретановый ПУ-2. Этими клеями кроме металлов можно склеивать также и неметаллические изделия, такие как дерево, стекло, керамику, искусственные материалы, кожу, ткани бумагу и т. д.
В слесарном деле клей используется прежде всего для соединения как металлических деталей, так и металлических деталей с неметаллическими. Для этого используют карбинольный клей.
Склеиваемые поверхности следует тщательно очистить механическим способом, затем обезжирить авиационным бензином, бензолом или толуолом. После обезжиривания изделие высушивают, не касаясь пальцами поверхностей, предназначенных для склеивания.
Из цветных металлов хуже всего склеивается медь, немного лучше – латунь и бронза.
Работник, выполняющий операции металлизации, лужения, пайки или склеивания, соприкасается с расплавленным металлом, кислотами, щелочами и парами разных едких и вредных для организма веществ. Помещения, в которых выполняются указанные операции, должны иметь хорошую вентиляцию.
Работники должны иметь защитную одежду, очки и рукавицы. Паяльная лампа должна быть технически исправна. При накачке топлива нельзя создавать высокое давление, нельзя также доливать топливо в разогретую лампу. Кислоты и щелочи следует держать в стеклянных бутылях, а разводить их необходимо, доливая кислоты в воду, а не наоборот. На рабочем месте не должно быть тряпок, разлитого масла и смазки.
3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ
3.1. Введение в материаловедение
Материальное тело построено из молекул, состоящих из атомов. Атом состоит из ядра и электронной оболочки. В состав ядра входят протоны и нейтроны (ядро атома водорода не имеет нейтронов). Электронная оболочка атома содержит электроны, которые вращаются вокруг ядра. Протон является элементарным зарядом положительного электричества, электрон – элементарным зарядом отрицательного электричества, в то время как нейтрон электрически нейтрален.
Химические элементы – это вещества, состоящие из атомов одного вида. При использовании обычных химических методов эти вещества разложить нельзя. Химическими элементами являются, например, железо, цинк, свинец, олово, ртуть, алюминий, кислород, сера, радий, водород и т. д. В настоящее время известно 104 химических элемента. Наиболее часто встречающиеся химические элементы представлены в табл. 19.
Химическим соединением называется вещество, образованное из разных химических элементов, например, нефть, соляная кислота, газ, вода, спирт и т. д. Химические соединения имеют характерные свойства, отличные от свойств входящих в них химических элементов.
Металлы относятся к одной группе химических элементов. Общие свойства металлов: высокие тепло– и электропроводность, ковкость и обрабатываемость, большая механическая выносливость и твердость. Металлы отличаются большим или меньшим блеском, а также непрозрачностью.
Химически чистые металлы в промышленности используются редко. Чаще используются технически чистые металлы, содержащие кроме основного металла определенное количество небольших добавок других элементов. Этим они отличаются от химически чистых металлов. В большинстве случаев используются сплавы металлов. Металлы, встречающиеся в природе в химически чистом виде (золото, серебро), называются благородными металлами.
Химические соединения металлов, встречающиеся в земной коре, называются металлическими рудами (медные, цинковые, железные руды и т. д.). Сплавы металлов получают из разных металлов путем их соединения в расплавленном состоянии.
Кислород – это бесцветный газ без вкуса и запаха. Один литр кислорода под давлением в 1 атмосферу и температуре 0 °C весит 1,429 г. Кислород, необходимый для существования различных форм жизни на земле, участвует в химических процессах, образуя химические соединения. Используется для поддержания процессов горения.
К основному сырью для получения металлов относятся железные, медные, цинковые, оловянные, свинцовые, алюминиевые и другие руды, сера, уголь, нефть, древесина и другие материалы.
Удельный вес железа – 7,86 г/см3.
3.2. Получение чугунов и их разновидностей
Чугун – это сплав железа с углеродом, количество которого составляет от 2 до 3,6 %. Кроме того, в чугуне имеются примеси кремния, марганца, фосфора и серы.
Легированный чугун – это чугун, в состав которого входят специальные добавки, такие как хром, никель и молибден. Легированный чугун отличается высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью, а также имеет хорошие механические свойства.
Для процессов плавки применяются несколько видов топлива: газообразное, твердое и жидкое. Топлива могут быть естественными и искусственными.
К газообразному естественному топливу относится природный, добываемый из земных недр газ, к газообразному искусственному – генераторный газ, ацетилен, светильный газ и др.
К твердому естественному топливу относятся каменный уголь, бурый уголь, торф и древесина, а к твердому искусственному – кокс, брикеты и древесный уголь.
К жидкому естественному топливу относится нефть, а к жидкому искусственному – продукты перегонки нефти: соляровое масло, керосин, бензин и др.
Доменная печь – это шахтная печь для выплавки чугуна из железной руды, в которой исходные материалы для плавки перемешаны и постепенно опускаются навстречу поднимающимся горячим газам. Входящие в шихту исходные материалы – руда, топливо и флюсы – загружаются сверху через загрузочное устройство в колошник доменной печи, а нагретый воздух через фурмы подается в нижнюю цилиндрическую часть печи – горн. Получающийся в результате восстановления руды в доменной печи чугун и шлак скапливаются в металлопри-емнике нижней части горна, образуя вследствие разницы удельных весов два слоя (чугун – нижний, шлак – верхний), которые периодически выпускаются через специальные отверстия – чугунную и шлаковую лётки.
Внутри печь выложена огнеупорным кирпичом. Загрузка доменной печи производится сверху, слив чугуна и шлака – через нижнюю часть доменной печи. Доменная печь загружается железной рудой, топливом (коксом) и флюсом (известняком).
К основным железным рудам относятся: магнетит (магнитный железняк), содержащий 55–65 % железа, гематит (красный железняк) – 55–58 % железа, лимонит – 35–55 % железа, гетит – 25–39 % железа, а также железный шпат, содержащий до 48 % железа.
Обогащением руд называется удаление из железной руды различных примесей горных пород и других загрязнений. Обогащение руды можно производить механическим и магнитным способами.
Доменный процесс – это процесс получения чугуна из руды в доменных печах. В результате многочисленных физических изменений и химических реакций, происходящих под воздействием высоких температур в доменной печи, из руды получается чугун. Этот процесс протекает при температуре в нижней части доменной печи (в горне) 1700 °C и в верхней части (в колошнике) – 550 °C.
Основным продуктом доменного производства является чугун, побочными – доменный шлак, доменный газ и колошниковая пыль.
В доменной печи получают белый (передельный) и серый (литейный) чугуны. Содержание углерода в чугуне 2–3,6 %.
Белый чугун – твердый и хрупкий материал. Поэтому его механическая обработка затруднена. Это передельный чугун, используемый для получения стали и ковкого чугуна. В небольших количествах белый чугун используется для литья дорожных катков, где большое значение имеет твердость и отсутствует ударная нагрузка. Так как белый чугун содержит карбид железа, то на изломе он имеет белую окраску.
Серый чугун (литейный) из-за малой усадки при литье и хорошей текучести применяется для литья. Серый чугун характеризуется большой прочностью на сжатие, однако плохо сопротивляется ударам. Его нельзя подвергать растяжению, скручиванию и гибке. В отличие от белого чугуна, серый чугун мягкий и хорошо обрабатывается.
В зависимости от условий и режима плавки получают белый или серый чугуны.
К химическим элементам, которые входят в состав чугуна и оказывают влияние на его свойства, относятся: сера – ухудшает текучесть и вызывает плохое заполнение форм, тормозит выделение графита, повышая из-за этого твердость чугуна; фосфор – дополнительно снижает текучесть чугуна, тормозит растворение цементита в железе, повышая твердость и хрупкость чугуна; кремний – интенсифицирует разложение цементита в чугуне и освобождение графита (при получении в доменной печи серого чугуна), улучшает литейные свойства и повышает мягкость чугуна; марганец – способствует образованию белого чугуна, причем незначительный процент марганца в сером чугуне увеличивает его механическую выносливость, а в общем способствует удалению серы из чугуна.
3.3. Получение стали, ее сорта и маркировка
Сталью называют сложный сплав железа с углеродом и другими элементами, в котором количество углерода составляет от 0,05 до 2 %.
Литой сталью называют литейный (льющийся в формы) сплав железа с углеродом и другими элементами, в котором количество углерода составляет от 0,1 до 0,6 %. Стальное литье должно быть подвергнуто термической обработке.
По способу получения различают: сталь мартеновскую (основную и кислую); сталь бессемеровскую; сталь томасовскую и электросталь. В зависимости от способа получения стали она выплавляется в мартеновских печах, бессемеровских конвертерах или электрических печах.
Полученный в доменной печи чугун отливают в формы, в которых получают слитки, называемые чушками. Чугунные чушки после их остывания перевозят в сталеплавильный цех и подвергают дальнейшей обработке. Свойства выплавленного в доменных печах чугуна, а также технологический процесс получения определенного сорта стали определяют выбор способа получения стали (например, мартеновский, бессемеровский и др.). Полученную в плавильной печи сталь заливают в формы, называемые изложницами. Остывшая в изложницах сталь называется слитком. В прокатном цехе слитки подвергаются пластической холодной или горячей обработке. В результате такой обработки, а также в результате обработки резанием получают разного рода полуфабрикаты и готовые изделия. Литейные чугуны для изготовления из них заготовок деталей переплавляют в плавильных печах, называемых вагранками. Отливку производят в земляные или металлические формы – кокили.
Все выплавляемые стали делятся на две принципиальные группы: углеродистые и легированные.
Углеродистая сталь в зависимости от ее назначения подразделяется на конструкционную, инструментальную и специальную с особыми свойствами. В свою очередь, в зависимости от технологических и конструктивных особенностей эти стали подразделяются на несколько видов и групп.
Легированная конструкционная сталь подразделяется на низколегированную (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированную (2,5–6 % легирующих элементов), высоколегированную (свыше 6 % легирующих элементов), литейную. По качеству они подразделяются на качественную, высококачественную и особо высококачественную.
Легированные инструментальные стали и сплавы подразделяются на стали и сплавы для режущего и мерительного инструмента (для холодной обработки металлов резанием), быстрорежущие стали, легированные инструментальные стали для холодной и горячей обработки металлов давлением и твердые сплавы.
К легированным сталям с особыми физико-механическими свойствами относятся стали с магнитными свойствами, рессорно-пружин-ные, проволочно-пружинные, коррозионно-стойкие, жаропрочные, жаростойкие, износостойкие, шарикоподшипниковые, литейные и ряд других.
Характеристики легированных инструментальных сталей приведены в табл. 20.
Быстрорежущей сталью является легированная инструментальная сталь. Ее используют для инструмента, работающего при больших скоростях резания, резьбонарезного инструмента и инструмента, работающего при относительно высоких температурах.
Быстрорежущая сталь обозначается буквой Р. Например, Р9 обозначает, что быстрорежущая сталь имеет 8,5–10 % основного ее легирующего элемента – вольфрама; марка Р6М5 означает, что быстрорежущая сталь имеет вольфрама 5,5–6,5 % и молибдена 5,0–5,5 % и т. д.
Некоторые данные по быстрорежущим сталям приведены в табл. 21.
Углеродистая инструментальная сталь – это сложный сплав углерода (от 0,65 до 1,35 %) с железом, марганцем и кремнием. Обозначается буквой У, причем буква У перед цифрой говорит о том, что она углеродистая, а цифра указывает количество углерода в стали. Буква А после цифры обозначает, что сталь высококачественная. Например, У9А – это высококачественная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,85–0,94 %.
Основные данные по углеродистым инструментальным сталям приведены в табл. 22.
Конструкционные углеродистые стали обозначаются буквами Ст и подразделяются на три группы: А Б и В. Буквы Б и В, означающие группу стали, ставятся перед обозначением Ст. Группа А в обозначении не ставится.Каждая группа сталей имеет семь марок – от 0 до 6. Сталь всех групп с номерами марок 1, 2, 3 и 4 по степени раскисления изготавливается кипящей (кп), полуспокойной (пс) и спокойной (сп), с номерами 5 и 6 – полуспокойной и спокойной. Стали СтО и БСтО по степени раскисления не разделяются.
Примеры определения сортов стали по маркировке:
Ст3пс – углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества группы А, полуспокойная, с содержанием углерода 0,14–0,22 %.
Бст2кп – сталь обыкновенного качества группы Б, кипящая, с содержанием углерода 0,09– 0,15 %,
ВСт5сп – углеродистая сталь обыкновенного качества, спокойная, с содержанием углерода 0,28–0,37 %.
Стали 35.А20 и АС40 относятся к углеродистым конструкционным качественным, повышенной и высокой обрабатываемости сталям.
Сталь 35 относится к качественной конструкционной стали, А20 и АС40 – к конструкционным сталям повышенной и высокой обрабатываемости.
В марке стали двухзначное число обозначает содержание углерода в сотых долях процента. Буква А обозначает повышенную или высокую обрабатываемость стали. Сталь АС40 – это углеродистая свинцо-восодержащая сталь.
Определение сорта и химического состава стали может производиться по цвету краски закрашенного торца металла, химическим анализом стали или с помощью искровой пробы.
В слесарном деле чаще всего сорт стали определяется на основании искровой пробы на наждачном точиле. Так, мягкая малоуглеродистая сталь с содержанием углерода 0,1–0,16 % дает светло-желтые ровные световые линии и продолговатые каплеобразные искры. Углеродистая сталь с содержанием углерода 0,5 % дает светло-желтые разветвляющиеся световые полосы с редким образованием маленьких звездочек. Углеродистая инструментальная сталь с содержанием углерода 0,9 % дает светло-желтые искры с многочисленными лучистыми звездочками, а с содержанием углерода 1,2 % – яркие пучки искр, состоящие из светло-желтых, часто разветвляющихся звездочек.
При искровой пробе марганцовистой стали с содержанием марганца 10–14 % получаются бело-желтые яркие пучки лучей, сильно разветвляющихся перпендикулярно к линиям искр.
Быстрорежущая сталь, имеющая 10 % вольфрама, 4 % хрома и 0,7 % углерода, дает темно-красные прерывистые линии искр, разветвляющиеся на более светлые звездочки. Вольфрамовая сталь (1,3 % вольфрама) – отдельные темно-красные линии искр, разделяющиеся на более светлые желтые звездочки. Кремнистая сталь – длинные светло-желтые световые линии, оканчивающиеся каплями разделяющихся на пучки светло-желтых искр. Хромистая сталь – темно-желтый световой пучок, разделяющийся красноватыми линиями искр с шарообразными концами. Хромоникелевые конструкционные стали с содержанием 3–4 % никеля и 1 % хрома – желтые продолговатые каплеобразные линии искр с разделяющимися пучками шипов.
Продукция металлургического производства бывает, как правило, представлена в следующих видах (рис. 36): прутки круглого шестигранного и квадратного сечений, равносторонние и неравносторонние угольники, швеллеры, двутавры, полосовое железо, стальная лента, листовой тонкий и толстый металл, а также ряд специальных профилей (рельсы и др.).
3.4. Твердые сплавы
Твердыми сплавами называются материалы, характеризующиеся высокими физико-механическими свойствами: твердостью, износостойкостью и теплостойкостью. Они способны сохранять свою твердость до температуры 900–1000 °C.
По способу производства твердые сплавы подразделяются на спекаемые, литые и порошкообразные. Наибольшее распространение получили спекаемые твердые металлокерамические сплавы из карбидов вольфрама и титана.
Для изготовления режущего инструмента широко применяются металлокерамические твердые сплавы, получаемые методами спекания карбидов вольфрама и титана со связующей составляющей – кобальтом или, в некоторых случаях, с танталом.
По составу металлокерамические твердые сплавы разделяются на три группы: однокарбидные вольфрамовые ВК, двухкарбидные тита-новольфрамовые ТК, титано-танталовольфрамовые ТТК.
К однокарбидным вольфрамовым сплавам относятся 14 марок. Деление этих марок производится в зависимости от содержания карбида вольфрама и кобальта. Так, в сплаве ВК3 содержится 3 % кобальта и 97 % карбида вольфрама, в сплаве ВК8 – 8 % кобальта и 92 % карбида вольфрама и т. д.
К титановольфрамовой группе относятся пять сплавов. Они маркируются в зависимости от содержания карбида титана и кобальта. Так, в сплаве марки Т30К4 содержится 30 % карбида титана, 4 % кобальта, остальное – карбид вольфрама.
К титанотанталовольфрамовой группе относятся два сплава, маркируемые в зависимости от содержания в них карбидов титана и тантала, а также кобальта. Так, в марке ТТ7К12 содержится 7 % карбидов титана и тантала, 12 % кобальта и 81 % карбида вольфрама.
Металлокерамические твердые сплавы изготавливаются прессованием порошков карбидов вольфрама, титана и тантала с порошком кобальта с последующим спеканием спрессованных пластин при высокой температуре.
Режущий инструмент изготавливается способами напайки, сварки, пайки, литья или путем механического крепления твердосплавных пластин к державкам инструмента.
Литые твердые сплавы представляют собой сплавы, полученные из шихты, в состав которой входят кобальт, хром, вольфрам, кокс (древесный уголь), битое стекло. К литым сплавам относятся стеллиты и стеллитоподобные сплавы – сормайты.
Стеллиты В2К и ВЗК, характеризуемые высокой твердостью, антикоррозионной стойкостью и низким коэффициентом трения, применяются для повышения износостойкости деталей путем их наплавки.
Сормайт – это наплавочный литой сплав на основе железа (55–67 %), хрома (25–31 %) и никеля (3–5 %). Характеризуется высокими износостойкостью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью и стойкостью.
К порошкообразным твердым сплавам относится сталинит, в состав которого входят порошки феррохрома, ферромарганца, чугунной стружки и кокса. Заменителем является вокар (смесь вольфрама и углерода).
Минералокерамический материал – это в основном режущий материал в виде пластин трехгранной, четырехгранной, пятигранной и круглой формы, получаемый путем прессования порошкообразной окиси алюминия Аl2,О3 другими веществами и последующего отжига отформированной заготовки.
Наибольшее применение получил минералокерамический материал микролит ЦМ-332, обладающий высокими твердостью (HRC 90–95) теплостойкостью (до 1200 °C) и износостойкостью, высокой химической стойкостью и относительно хорошими прочностными свойствами. Он эффективно используется при получистовой и чистовой обработке стали и чугуна, а также при обработке неметаллических материалов, цветных металлов и их сплавов.
3.5. Цветные металлы и их сплавы
Цветные металлы и их сплавы характеризуются высокой сопротивляемостью коррозии, большой пластичностью, вязкостью, хорошей обрабатываемостью, высокой электро– и теплопроводностью.
К цветным металлам, наиболее широко применяемым в промышленности, относятся медь, алюминий, хром, олово, цинк, магний, вольфрам, молибден, никель, свинец, титан, серебро, золото, платина и др.
К сплавам цветных металлов относятся: медные сплавы (латунь, бронза и др.); алюминиевые сплавы (дюралюминий, силумин и др.); магниевые сплавы; титановые сплавы; свинцово-оловянистые сплавы и др.
Баббит – это легкоплавкий подшипниковый сплав с содержанием 80–90 % олова, 4–13 % сурьмы, 3–6 % меди, а также свинца, кальция, никеля, мышьяка, кадмия, теллура, железа и др. Температура плавления 232–350 °C, температура литья 450–550 °C.
Баббиты подразделяются на высокооловянистые, обозначаемые буквой В, малооловянистые – БН, БТ и безоловянистые, обозначаемые БК (свинцово-кальцие-натриевые сплавы).
Баббиты отличаются высокой износостойкостью, прирабатывае-мостью, пластичностью, малым коэффициентом трения и хорошей обрабатываемостью.
Латунь – это сплав меди (45–80 %) с цинком (от 3 до 50 %), а также с другими элементами: алюминием, оловом, свинцом, железом, никелем и др. Плотность латуни 8,3–8,5 г/см3, температура плавления 890–1000 °C.
В зависимости от технологических свойств латуни подразделяются на литейные и обрабатываемые давлением. Они обладают хорошей прочностью, пластичностью, антифрикционными и антикоррозионными свойствами.
Высокими механическими, антикоррозионными и литейными свойствами обладает томпак – латунь, содержащая не более 22 % цинка и не менее 61 % меди.
Латунь обозначается буквой Л. В маркировке латуни буквы обозначают химические элементы, входящие в сплав, первые две цифры, стоящие за буквами, указывают содержание меди, а цифры, отделенные дефисом, – среднее содержание легирующих элементов в процентах в порядке, соответствующем буквам. Так, латунь марки ЛКС80-3-3 содержит 79–81 % меди, 10,5–16,5 % цинка, 2,5–4,5 % кремния, 2–4 % свинца.
Латунь широко применяется в промышленности.
Бронза – это сплав меди с одним или несколькими химическими элементами: оловом, свинцом, цинком, никелем, фосфором, кремнием, марганцем, алюминием, железом. Плотность бронзы 7,5–9,3 г/см3, температура плавления 940–1093 °C. Используется в качестве материала для деталей машин, арматуры, подвергающихся трению, атмосферному воздействию, а также действию слабых кислот и т. д.
Бронзы характеризуются высокими механическими, литейными, антифрикционными и антикоррозионными свойствами.
В зависимости от состава различают бронзы: оловянистые, применяемые для вкладышей подшипников и арматуры; алюминиевые (6–11,5 % алюминия), применяемые для фасонного литья и лент; кремнистые (1–3,5 % кремния); марганцовистые (4,5–5,5 % марганца); свинцовые (30–60 % свинца), применяемые для подшипников скольжения; бериллиевые (2 % бериллия), применяемые для пружин и износостойких деталей; медно-титановые (5 % титана) и др.
Бронзы хорошо обрабатываются и отливаются.
Бронзы обозначаются буквами Бр и другими буквами (аналогично латуни), указывающими элементы, входящие в их состав, и цифрами, показывающими соответственно среднее содержание этих элементов в процентах. Так, бронза марки БрАЖМц 10-3-1,5 содержит 9,5–10,5 % алюминия, 2,5–3,5 % железа, 1–2 % марганца, остальное – медь.
В группу благородных металлов входят золото, платина, серебро.
При нормальной комнатной температуре в жидком состоянии находится ртуть. Плотность ртути – 13,5 г/см3, температура кипения – 357 °C, затвердевания – 38,9 °C.
Олово получают из оловянной руды, называемой касситеритом. Олово имеет серебристую окраску. Плотность – 7,3 г/см3, температура плавления – 232 °C. Это мягкий, пластичный и легко поддающийся литью металл. Плохо сохраняется при низкой температуре, а оставаясь при такой температуре длительное время, переходит в свою разновидность – серое олово, которое при непосредственном соприкосновении с белым оловом вызывает его разложение.
Характерным для чистого олова является хруст при изгибе и разломе.
Олово находит широкое применение при лужении и пайке, а также как компонент технических сплавов для подшипников, припоев и других целей.
Медь получают из медных руд, таких как халькоперит (медный колчедан), борнит, халькозин (медный блеск), ковеллин, малахит и азурит. Дальнейшей электролитической обработкой черной меди получают чистую медь. Цвет меди – красноватый. Плотность – 8,9 г/см3, температура плавления –1083 °C.
Медь хорошо поддается холодной пластической обработке, штамповке, горячей ковке. Во время холодной пластической обработки несколько повышает свою твердость. Отличается хорошей тепло– и электропроводностью. Под влиянием влаги быстро окисляется, покрываясь зеленым налетом. Широко используется в электротехнической промышленности, для изготовления художественных изделий, в гальванопластике и для металлопокрытий. Медь входит также в состав многих сплавов.
Медь можно паять, сваривать с предварительным подогревом, под давлением.
Вольфрам – это металл, имеющий самую высокую температуру плавления (3390 °C). Плотность вольфрама равна плотности золота и составляет 19,3 г/см3.
3.6. Литейное производство
Плавкой называется превращение твердого металла, металлических (чугунных) чушек и шихтовых материалов в жидкий металл. Металлом в жидком виде заполняются литейные формы, которые после затвердевания жидкого металла придают ему определенную форму.
Формы служат для заливки жидкого металла. Они имеют внутреннюю полость, соответствующую внешним формам отливаемой детали. Постоянные формы выполняются из металла и называются кокилями. Временные формы изготавливаются путем оттиска формы модели в формовочной массе (земляной или песчаной смеси).
Модели выполняются из дерева, гипса, цемента, воска или металла. Деревянные, гипсовые и цементные модели покрывают лаком для их лучшего сохранения и защиты от влаги.
Стержень – это отформованная песчаная масса, которая вставляется в литейную форму с целью получения в отливке пространства, не залитого металлом.
Различают формовку (получение формы для заливки) в землю, в опоки и без опок. Формовка в опоки и без опок производится в две полуформы (верхнюю и нижнюю), между которыми во время формовки устанавливают подмодельную плиту.
Формовочный и заливочный процесс подразделяется на следующие основные операции: изготовление моделей; приготовление формовочных и стержневых смесей, формовка литейных форм и стержней; сушка стержней; сборка форм (опок) с постановкой стержней; плавка металла; заливка форм жидким металлом, охлаждение форм; выбивка земли и стержневой смеси; очистка отливки и отрезка литников; термическая обработка, контроль и исправление дефектов литья.
В настоящее время существуют следующие способы отливки: отливка в земляные формы; отливка в металлические формы (в кокили, пресс-формы); отливка в жидкотвердеющие смеси; отливка в стержни; отливка в корковые формы; отливка по выплавляемым моделям; электрошлаковая отливка; отливка под давлением; отливка методом выжимания и ряд других.
Вагранка – это шахтная печь, выложенная изнутри огнеупорным шамотным кирпичом, которая служит для получения жидкого чугуна путем переплавки шихты. Шихта состоит из литейного чугуна в виде чушек, чугунного лома, стального лома, кокса и флюсов. Она засыпается в вагранку слоями поочередно.
Цветные металлы плавятся в электрических, пламенных печах или тиглях.
Усадкой литья называется уменьшение размеров отливки во время остывания металла. Усадка вызывает напряжения в твердеющем металле, которые ослабляют отливку и часто вызывают трещины, а также способствуют образованию усадочных раковин и рыхлостей в металле. Наибольшую усадку (линейную) имеет стальное литье (1,6–2,0 %), а наименьшую – сплавы легких цветных металлов (0,5–1,0 %).
Во время разливки металла в формы в отливке могут появиться различные дефекты: трещины, недолив, усадочные раковины, частицы размытой формовочной смеси, шлаковые включения, газовые раковины и пузыри и др.
3.7. Коррозия металлов
Коррозией металла называется разрушение его поверхности, вызываемое химическими или электрохимическими процессами под воздействием окружающей среды.
По характеру коррозионной среды, воздействующей на поверхность металлов и их сплавов, коррозия подразделяется на атмосферную, подводную, подземную, водородную, кислородную, газовую, электрохимическую, химическую и микрокоррозию.
Различаются следующие виды коррозии: поверхностная, точечная, селективная (избирательная), частичная и межкристаллитная.
Самым простым способом предохранения металла от коррозии является покрытие его поверхности антикоррозионным смазочным составом. К другим способам предохранения металлов от коррозии относятся: легирование металлов, покрытие поверхности лаками и красками, эмалирование, металлизация напылением на поверхность в горячем состоянии труднокорродируемых металлов, горячее цинкование и лужение, свинцевание, химическое или электролитическое нанесение на поверхность защитного слоя меди, хрома, никеля, алюминия, кадмия, свинца и др. К защитным покрытиям относятся: оксидирование, плакирование, алитирование, силицирование, хромирование при высоких температурах, гумирование (покрытие слоем резины) и ряд других.
Перед выполнением операций по предохранению от коррозии указанными выше способами необходимо хорошо очистить поверхность металла от окислов, следов коррозии, грязи и жиров. После очистки поверхность должна быть тщательно промыта и просушена.
3.8. Неметаллические материалы
К неметаллическим материалам, широко применяемым в промышленности, относятся синтетические, искусственные и естественные природные неметаллические материалы: пластмассы, естественные и искусственные резины, эбониты, текстолиты, абразивные и лакокрасочные материалы, клеи, смазки, масла и другие материалы.
Пластмассы – это соединения нескольких органических и неорганических материалов, состоящие из связующего вещества и наполнителя. Основной частью пластических масс являются полимеры, состоящие из очень крупных молекул, отчего эти материалы часто называются полимерными.
Полимерные материалы характеризуются низкой плотностью, высокой химической стойкостью, износостойкостью, большой ударной прочностью, штампуемостью, хорошей обрабатываемостью, вязкостью, пластичностью и диэлектрическими свойствами.
Читать бесплатно другие книги:
