Материаловедение и обработка металлов

Обновлено: 18.05.2024

Баббит: устаревшая технология. Замена современными материалами

Влияние технического прогресса затрагивает все сферы жизни человечества. Особенно ощутимо это проявляется в промышленном производстве, где владение передовыми технологиями выводит компании в мировые лидеры и приносит большую экономическую выгоду. Однако наблюдаются сферы производства, где технологии.

Лесоматериалы и пиломатериалы

Древесина считается одним из самых распространенных материалов на территории всей планеты, ее легко обрабатывать и использовать. Лесоматериалы и пиломатериалы применяются во многих отраслях человеческой деятельности. Они необходимы для строительства жилых, промышленных зданий, сооружений, опорных конструкций.

Редкоземельные металлы

Редкоземельные металлы – группа из 17 химических элементов таблицы Менделеева. Они обладают одинаковым строением атомов, а также имеют схожие химические и физические свойства. Редкоземельные элементы применяются в различных промышленных сферах: в радиоэлектронике, атомной энергетике, машиностроении.

Пирометаллургия — определение и способы получения металлов

Современная металлургия обладает большим количеством способов получения чистого металла. Одним из них является пирометаллургия. Она включает целую совокупность технологических процессов, которые протекают при высоких температурах. С его помощью получают различные металлы: чёрные (сталь, чугун) и.

Древесный уголь

Древесный уголь издавна был востребованным продуктом – благодаря ему был выкован первый клинок, он спасал от голода и холода. И сегодня уголь древесный остается важным и необходимым продуктом для многих народов – им отапливают жилища.

Мишметалл

Мишметалл – сплав продуктов восстановления редкоземельных элементов, получаемых при переработке руды. Он был открыт австрийским физиком Карлом Ауэром Фон Вельсбахом во второй половине XIX столетия. Этот сплав является промежуточным продуктом в процессе изготовления скандия, иттрия.

Ферритная фаза

В процессе остывания сталей они проходят этап (фазу) кристаллизации. Ферритная фаза определяет количество мелкодисперсионного дельта феррита. Например, в аустенитных марках типа Е308 или Е308L процент содержания этого элемента колеблется от трёх до десяти процентов.Это количество.

Карбид кремния

Карбид кремния или карборунд – сложное химическое соединение, состоящее из частиц углерода и кремния. Впервые этот материал был получен в 1893 г. американским химиком Эдвардом Гудричем. В химии ему соответствует следующая формула: SiC. Карбид кремния.

Лантаноиды

Эти элементы расположены в шестом периоде системы Д. И. Менделеева. Своё название лантаноиды они получили благодаря тому, что расположены за металлом называемым лантаном. В некоторых справочниках и научной литературе их называют лантаниды. К ним относятся.

Сплав манганин

Манганин – сплав красного цвета, производящийся на основе меди. Он относится к категории металлов с высоким электрическим сопротивлением. В состав сплава может входить небольшое количество меди, марганца и никеля, что повышает его прочность и термостойкость.

Материаловедение

Подготовка бакалавров 22.03.01 и магистрантов 22.04.01 по направлению «Материаловедение и технологии материалов» осуществляется с целью наиболее широкого охвата и глубокого изучения комплекса проблем, связанного с созданием и применением различных конструкционных материалов, а также технологий их получения и обработки. Данное направление, способное внести наибольший вклад в обеспечение безопасности страны, ускорение экономического роста, повышение конкурентоспособности страны за счет развития технологической базы экономики и наукоемких производств, входит в Перечень приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации.

МАТЕРИАЛОВЕД. Коротко и ясно.

Материаловед — это ученый и инженер, профессионально занимающийся исследованием и созданием различных материалов. Для работы он использует современное высокотехнологичное оборудование и свои знания, полученные во время обучения в университете. Профессия требует внимательности и ответственности. Профессия подходит тем, кого интересует физика, математика и химия.

Краткое описание

Все рукотворные предметы, которые нас окружают, произведены из натуральных и синтетических материалов. Изучением свойств уже существующих и созданием новых материалов занимается материаловед.

Главной целью изучения является получение новых знаний о мире, в котором мы живем. Данные, полученные материаловедом во время исследований, позволяют не только расширить кругозор, но и дают возможность изобретать новые материалы, которые позволяют максимально сохранять ресурсы планеты и не загрязнять ее.

Особенности профессии

Работа материаловедов позволяет усовершенствовать многие существующие материалы, например:

новые износостойкие полимерные материалы, позволяющие увеличить срок службы узлов трения;
создание новейших материалов, благодаря которым происходит освоение космического пространства;
безопасные материалы для медицины;
новейшие системы для компьютеров и прочих девайсов, которые повышают их функциональность.
материалы для автомобилей, позволяющие снизить выбросы выхлопных газов;

Также люди этой профессии изучают уже существующие материалы, находя для них новые сферы применения. Их работа очень важна, ведь она направлена на улучшение экологической ситуации на планете. Можно выделить несколько направлений материаловедения:

авиационное и космическое;
наноматериаловедение;
металлургия (металловедение);
биоматериаловедение;
материаловедение органических материалов.

Люди этой профессии занимаются анализом физико-механических свойств материалов и изучением их состава, разработкой новых материалов, технологий их изготовления и утилизации. За последние 10 лет данные специалисты все более востребованы на рынке труда, ведь необходимо искать новые материалы для освоения космоса, создания экологичных автомобилей и других областей, в которых так нуждается современный рынок.

П люсы и минусы профессии

Возможность получить бесплатное высшее образование в своем регионе.
Высокая престижность профессии и востребованность на рынке труда.
Высокая заработная плата.
Перспективы карьерного роста и получения ученой степени.
Работа на современном высокотехнологичном оборудовании.

Без высшего образования работать материаловедом нельзя.
Необходимо не только знать теорию, но и уметь применять знания во время практических исследований.

Важные личные качества

Склонность к изучению точных наук.
Желание получать новые знания, посещать выставки и тематические конференции.
Умение перенимать опыт коллег.
Желание заниматься поиском новых решений.
Увлеченность рабочим процессом и стремление к проведению исследований.

Место работы

Наши выпускники работают как в крупнейших исследовательских и нанотехнологических центрах России и Европы, так и в промышленных отраслях (машиностроение, авиастроение, ракетостроение, предприятия нефтегазового и оборонно-промышленного комплекса РОСКОСМОС, МИНПРОМТОРГ). И даже в медицине (в области изготовления различных протезов и инструментов).

Вы сможете работать в должности:

Руководитель заводской или научно-исследовательской лаборатории.
Научный сотрудник научно-исследовательского центра.
Инженер-технолог.
Инженер-конструктор.
Специалист отдела качества предприятия.
Инженер физико-механических испытаний.

Стажировки и практики проходят на ведущих предприятиях Российской Федерации

Профессиональные знания

Материаловед в своей работе использует качественно оборудование и разнообразные приборы, необходимые для анализа тех или иных материалов:

электрохимические приборы;
спектрометры и стилоскопы для определения химического состава материалов;
методы и приборы для исследования структуры материалов (оптические, электронные микроскопы и другие);
приборы для химического синтеза (автоклавы, прессы, печи и другие).

Также широко применяется компьютерное моделирование и внедряемые новшества, поэтому людям этой профессии необходимо изучать научные работы, чтобы не пропустить появление новых технологий и методик анализа.

Обработка металла

Металлы и их сплавы издавна используются человеком для изготовления инструментов и оружия, украшений и ритуальных предметов, домашней утвари и деталей механизмов.

Чтобы превратить металлические слитки в деталь или изделие, их требуется обработать, или изменить их форму, размеры и физико-химические свойства. За несколько тысячелетий было разработано и отлажено множество способов обработки металлов.

Особенности обработки металла

Многочисленные виды металлообработки можно отнести к одной из больших групп:

механическая (обработка резанием);
литье;
термическая;
давлением;
сварка;
электрическая;
химическая.

Литье — один из самых древних способов. Он заключается в расплавлении металла и розливе его в подготовленную форму, повторяющую конфигурацию будущего изделия. Этим способом получают прочные отливки самых разных размеров и форм.

Про другие виды обработки будет рассказано ниже.

Сварка

Сварка также известна человеку издревле, но большинство методов были разработаны в последнее столетие. Сущность сварки заключается в соединении нагретых до температуры пластичности или до температуры плавления кромок двух деталей в единое неразъемное целое.

В зависимости от способа нагрева металла различают несколько групп сварочных технологий:

Химическая. Металл нагревают выделяемым в ходе химической реакции теплом. Термитную сварку широко применяют в труднодоступных местах, где невозможно подвести электричество или подтащить газовые баллоны, в том числе под водой.
Газовая. Металл в зоне сварки нагревается пламенем газовой горелки. Меняя форму факела, можно осуществлять не только сварку, но и резку металлов.
Электросварка. Самый распространенный способ:
- Дуговая сварка использует для нагрева и расплавления рабочей зоны тепло электрической дуги. Для розжига и поддержание дуги применяют специальные сварочные аппараты. Сварка ведется обсыпными электродами или специальной сварочной проволокой в атмосфере инертных газов.
- При контактной сварке нагрев осуществляется проходящим через точку соприкосновения соединяемых заготовок сильным электротоком. Различают точечную сварку, при которой детали соединяются в отдельных точках, и роликовую, при которой проводящий ролик катится по поверхности деталей и соединяет их непрерывным швом.
С помощью сварки соединяют детали механизмов, строительные конструкции, трубопроводы, корпуса судов и автомобилей и многое другое. Сварка хорошо сочетается с другими видами обработки металлов.

Электрическая обработка

Метод основан на частичном разрушении металлических деталей под воздействием электрических разрядов высокой интенсивности.

Его применяют для прожигания отверстий в тонколистовом металле, при заточке инструмента и обработке заготовок из твердых сплавов. Он также помогает достать из отверстия обломившийся и застрявший кончик сверла или резьбового метчика.

Графитовый или латунный электрод, на который подано высокое напряжение, подводят к месту обработки. Проскакивает искра, металл частично оплавляется и разбрызгивается. Для улавливания частиц металла промежуток между электродом и деталью заполняют специальным маслом.

Ультразвуковая обработка металла

К электрическим способам обработки металлов относят и ультразвуковой. В детали возбуждаются колебания высокой интенсивности с частотой свыше 20 кгц. Они вызывают локальный резонанс и точечные разрушения поверхностного слоя, метод применяют для обработки прочных сплавов, нержавейки и драгоценностей.

Особенности художественной обработки металлов

К художественным видам обработки металлов относят литье, ковку и чеканку. В средине XX века к ним добавилась сварка. Каждый способ требует своих инструментов и приспособлений. С их помощью мастер либо создает отдельное художественное произведение, либо дополнительно украшает утилитарное изделие, придавая ему эстетическое наполнение.

Чеканка — это создание рельефного изображения на поверхности металлического листа или самого готового изделия, например, кувшина. Чеканку выполняют и по нагретому металлу.

Способы механической обработки металлов

Большую группу способов механической обработки металлов объединяет одно: в каждом из них применяется острый и твердый по отношению к заготовке инструмент, к которому прикладывают механическое усилие. В результате взаимодействия от детали отделяется слой металла, и форма ее изменяется. Заготовка превышает размерами конечное изделие на величину, называемую «припуск»

Разделяют такие виды механической обработки металлов, как:
- Точение. Заготовка закрепляется во вращающейся оснастке, и к ней подводится резец, снимающий слой металла до тех пор, пока не будут достигнуты заданные конструктором размеры. Применяется для производства деталей, имеющих форму тела вращения.
- Сверление. В неподвижную деталь погружают сверло, которое быстро вращается вокруг своей оси и медленно подается к заготовке в продольном направлении. Применяется для проделывания отверстий круглой формы.
- Фрезерование. В отличие от сверления, где обработка проводится только передним концом сверла, у фрезы рабочей является и боковая поверхность, и кроме вертикального направления, вращающаяся фреза перемещается и вправо-влево и вперед-назад. Это позволяет создавать детали практически любой требуемой формы.
- Строгание. Резец движется относительно неподвижно закрепленной детали взад- вперед, каждый раз снимая продольную полоску металла. В некоторых моделях станков закреплен резец, а двигается деталью. Применяется для создания продольных пазов.
- Шлифование. Обработка производится вращающимся или совершающим продольные возвратно- поступательные движения абразивным материалом, который снимает тонкие слои с поверхности металла. Применяется для обработки поверхностей и подготовки их к нанесению покрытий.
Каждая операция требует своего специального оборудования. В технологическом процессе изготовления детали эти операции группируются, чередуются и комбинируются для достижения оптимальной производительности и сокращения внутрицеховых расходов.

Обработка давлением

Обработка металла давлением применяется для изменения формы детали без нарушения ее целостности. Существуют следующие виды:

Перед ковкой заготовку нагревают, опирают на твердую поверхность и наносят серию ударов тяжелым молотом так, чтобы заготовка приняла нужную форму.

Исторически ковка была ручной, кузнец разогревал деталь в пламени горна, выхватывал ее клещами и клал на наковальню, а потом стучал по ней кузнечным молотом, пока не получался меч или подкова. Современный кузнец воздействует на заготовку молотом кузнечного пресса с усилием до нескольких тысяч тонн. Заготовки длиной до десятков метров разогреваются в газовых или индукционных печах и подаются на ковочную плиту транспортными системами. Вместо ручного молота применяются кузнечные штампы из высокопрочной стали.

Для штамповки требуется две зеркальные по отношению друг к другу формы — матрица и пуансон. Тонкий лист металла помещают между ними, а потом с большим усилием сдвигают. Металл, изгибаясь, принимает форму матрицы. При больших толщинах листа металл нагревают до точки пластичности. Такой процесс называют горячая штамповка.

Во время штамповки могут выполняться такие операции, как:
- гибка;
- вытягивание;
- осаживание;
- и другие.
С помощью штамповки выпускают широчайший ассортимент изделий — от корпусов бытовой техники до колесных дисков и бензобаков.

Обработка с помощью резки

Металл поступает на предприятие в виде проката — листов или профилей стандартных размеров и толщин. Чтобы разъединить лист или профиль на изделия или заготовки нужных размеров, применяют обработку резкой.

Для профиля чаще всего используют резку абразивным кругом или дисковой пилой.

Для раскроя листов металла применяют несколько видов резки:
- Ручная. Газосварщик с газовой горелкой вырезает куски металла нужного размера и формы. Применяется в небольших мастерских и на опытных производствах.
- Газовая. Установка газовой резки режет пламенем автоматизированной газовой горелки и позволяет не только быстро произвести раскрой листа, но и разложить вырезанные заготовки по контейнерам для доставки их на сборочные участки . Режет металл лазерным лучом. Отличается высокой точностью и малым коэффициентом отходов. Кроме резки, может выполнять операции сварки и гравировки — нанесения на металл не удаляемых надписей.
- Плазменная. Режет металл факелом высокоионизированного газа — плазмы. Применяется для раскроя листов из твердых и специальных сплавов.
В условиях промышленного производства и средних или крупных серий на первый план выходит такое понятие, как коэффициент использования металла. Он повышается как за счет более плотной раскладки деталей по площади, так и за счет прогрессивных технологий резки, дающих меньше отходов

Химическая обработка металлов для повышения защитных свойств материала

Химическая обработка металла — это воздействие на него специальными веществами с целью вызвать управляемую химическую реакцию.

Выполняются как подготовительные операции для очистки поверхности перед сваркой или покраской, так и как финишные отделочные операции для улучшения внешнего вида изделия и защиты его от коррозии.

С помощью электрохимической обработки гальваническим методом наносят защитные покрытия.

Термические виды обработки металлов

Термическая обработка металлов применяется для улучшения их физико-механических свойств. К ней относя такие операции, как:
- отжиг;
- закалка;
- отпуск;
- старение;
- нормализация.
Термическая обработка стали

Термическая обработка заключается в нагревании детали до определенной температуры и ее последующем охлаждении по специальной программе.

Отжиг

Заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи.

Отжиг снижает твердость стали, но существенно повышает пластичность и ковкость.

Применяется перед штамповкой или раскаткой. Во время отжига снимаются внутренние напряжения, возникшие при отливке или механической обработке.

Закалка

При закалке заготовку прогревают до температуры пластичности и держат в таком состоянии в течение определенного времени, за которое стабилизируются внутренние структуры металла. Далее изделие быстро охлаждают в большом количестве воды или масла. Закалка существенно повышает твердость материала и снижает его ударную вязкость, повышая, таким образом, и хрупкость. Применяют для элементов конструкций, подверженных большим статическим и малым динамическим нагрузкам.

Отпуск

Проводится после закалки. Образец нагревают до температуры, несколько меньшей температуры закалки, и охлаждают медленно. Это позволяет компенсировать излишнюю хрупкость, появившуюся после закалки. Применяется в инструментальном производстве

Старение

Искусственное старение заключается в стимуляции фазовых превращений в массе металла. Его проводят при умеренном нагреве для придания материалу свойств, возникающих при естественном старении за долгое время.

Нормализация

Нормализация проводится для повышения ковкости без заметного снижения твердости за счет приобретения сталью мелкозернистой структуры.

Ее применяют перед закалкой и для повышения обрабатываемости резанием. Проводят так же, как и отжиг, но остывает заготовка на открытом воздухе.

Читайте также: