Виды металлических материалов и изделий

Обновлено: 04.10.2024

Металлы (от лат. metallum - шахта, рудник) - группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ч 5 г/смі) и тяжёлые (5 ч 22,5 г/смі). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0.53 г./смі). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия - двух самых тяжёлых металлов - почти равны (около 22.6 г./смі - ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Черные. Эти металлы, которые содержат железо. Они могут иметь небольшие количества других металлов или другие элементы добавлены, чтобы дать требуемые свойства (хром, марганец, ванадий и др.).

Цветные металлы - металлы, которые не содержат железа. Они не обладают магнитными свойствами и, как правило, более устойчивы к коррозии, чем черных металлов (алюминий, медь, олово и др.).

Все цветные металлы обладают магнитными свойствами и дают мало устойчивость к коррозии

Чистые металлы - состоит только из одного элемента. Это означает, что он имеет только один тип атомов в нем. Общие чистые металлы: алюминий, медь, железо, свинец, цинк, олово, серебро и золото.

Сплавы. Материалы, принадлежащие к этой группе, включают в себя один или несколько металлов (таких как железо, алюминий, медь, титан, золото, никель), а также часто те или иные неметаллические элементы (например, углерод, азот или кислород) в сравнительно небольших количествах.

Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных).

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Атомы в металлах и сплавах располагаются в весьма совершенном порядке. Кроме того, по сравнению с керамикой и полимерными материалами плотность металлов сравнительно высока.

Что касается механических свойств, то все эти материалы относительно жесткие и прочные. Кроме того, они обладают определенной пластичностью (т.е. способностью к большим деформациям без разрушения), и сопротивляемостью разрушению, что обеспечило им широкое применение в разнообразных конструкциях.

13 Виды сталей и чугунов. Диаграмма Fe- Fe₃C с классификацией Fe-C сплавов.

Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода более 1,7% называются чугунами.

Чугуны различаются по структуре, способам изготовления, химическому составу и назначению.

По структуре чугуны бывают серые, белые и ковкие. По способам изготовления—обыкновенные и модифицированные.

По химическому составу чугуны различают не легированные и легированные, т. е. такие, в составе которых имеются специальные примеси.

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении для отливок из него различных деталей машин. Он характеризуется тем, что углерод в нём находится в свободном состоянии в виде графита. Поэтому серый чугун хорошо обрабатывается режущими инструментами. В изломе он имеет серый и темно-серый цвет. Получается серый чугун путём медленного охлаждения после плавления или нагревания. Получению серого чугуна также способствует увеличение в его составе содержания углерода и кремния.

Механические качества серого чугуна зависят от его структуры.

По структуре серый чугун бывает:

Если серый чугун быстро охлаждать после плавления, то он отбеливается, т. е. становится очень хрупким и твердым. Серый чугун в несколько раз лучше работает на сжатие чем на растяжение.

Серый чугун достаточно хорошо сваривается с применением предварительного подогрева и в качестве присадочного мате риала специальных чугунных стержней с повышенным содержанием углерода и кремния.

Белый чугун применяется в машиностроении в значительна меньших количествах, чем серый. Он представляет собой сплав железа с углеродом, в котором углерод находится в виде химического соединения с железом. Белый чугун очень хрупкий и твёрдый. Он не поддаётся механической обработке режущими инструментами и применяется для отливки деталей, не требующих обработки, или подвергается шлифованию абразивными кругами. В машиностроении применяется белый чугун как обыкновенный, так и легированный.

Ковкий чугун обычно получают из отливок белого чугуна путем длительного томления их в печах при температуре 800—950°С, Существуют два способа получения ковкого чугуна: американский и европейский.

При американском способе томление производится в песке при температуре 800—850°С. При этом углерод из химически связанного состояния переходит в свободное состояние в виде графита, располагаясь между зёрнами чистого железа. Чугун приобретает вязкость, почему и называется ковким.

При европейском способе томление отливок производится в железной руде при температуре 850—950°. При этом углерод из химически связанного состояния с поверхности отливок переходит в железную руду и таким путём поверхность отливок обезуглероживается и становится мягкой, почему и чугун называется ковким, хотя сердцевина остается хрупкой.

Модифицированный чугун отличается от обычного серого чугуна тем, что в нем большее количество углерода находится в виде графита, чем в сером чугуне.

Модифицирование заключается в том, что при плавлении чугуна в жидкий металл добавляется некоторое количество присадок, способствующих выделению углерода в виде графита при затвердевании и охлаждении. Этот процесс модификации при одинаковом химическом составе чугуна значительно повышает механические свойства чугуна и является весьма важным. Обозначение марок модифицированного чугуна подобно обозначению марок серого чугуна.

Сталь по химическому составу делится на две группы: углеродистую и легированную, по качеству - на сталь обыкновенного качества, качественную, повышенного качества, высококачественную и особовысококачественную.

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2%) с примесями кремния, серы и фосфора, причем главной составляющей, определяющей свойства, является углерод.

Процентное содержание элементов в стали примерно следующее: Fe - до 99,0; С - 0,05-2,0; Si - 0,15-0,35; Mn - 0,3-0,8; S - до 0,06; P - до 0,07.

К недостаткам углеродистой стали относятся:

отсутствия сочетания прочности и твердости с пластичностью;

потеря твердости и режущей способности при нагревании до 200°C и потери прочности при высокой температуре;

низкая коррозионная устойчивость в среде электролита, в агрессивных средах, в атмосфере и при высоких температурах;

низкие электротехнические свойства;

высокий коэффициент теплового расширения;

увеличение веса изделий, удорожание их стоимости, усложнение проектирования вследствие невысокой прочности этой стали.

Легированной называется сталь, в которой наряду с обычными примесями имеются легированные элементы, резко улучшающие ее свойства: хром, вольфрам, никель, ванадий, молибден и др., а также кремний и марганец в большом количестве. Примеси вводятся в процессе плавки.

По химическому составу (ГОСТ 5200) легированная сталь делится на три группы:

низколегированная сталь - не более 2,5% примесей;

высоколегированная - свыше 10%.

Легированная сталь обладает ценнейшими свойствами, которых нет у углеродистой стали, и не имеет ее недостатков. Применение легированной стали повышает долговечность изделий, экономит металл, увеличивает производительность, упрощает проектирование и потому в прогрессивной технике приобретает решающее значение.

Изготовление металлических изделий

Изготовление металлических изделий проводится по различным технологиям, которые выбираются в зависимости от их характеристик. Чтобы подобрать нужный метод обработки, необходимо понимать особенности каждого вида изделия, в противном случае высок риск получить некачественную продукцию или не найти исполнителя работ.

Не менее важным является и выбор металла, а также способа контроля качества готовой продукции. В нашей статье мы расскажем, по каким технологиям производят металлические изделия, как составить чертежи для исполнителя и выявить бракованные детали.

Виды металлов для изготовления изделий

Всего существует две группы металлов: цветные и черные. При этом все они схожи между собой не только по свойствам, но и по применению в промышленности.

В данном случае речь идет о стали (легированной, углеродистой) и чугуне.

Особое распространение сплавы черных металлов получили в сфере изготовления металлопроката. Благодаря отличным рабочим свойствам они всегда пользуются популярностью.

Помимо того, что существуют различные виды металлов и сплавов, есть еще и марки, которые обозначаются в виде буквенно-цифровых сочетаний, например, Ст6. Для того чтобы было легче найти подходящий вид материала для определенной сферы жизнедеятельности, осуществляется группировка черных металлов.

Весь металлопрокат должен соответствовать ГОСТу по размерам, форме, а также предельным отклонениям. Если говорить о черных металлах, то к ним относится сортовой, листовой, трубный и фасонный прокат. Сюда, как уже было сказано выше, входит сталь и чугун, которые, за исключением разного количества содержащегося в них углерода, имеют очень схожие свойства.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Название этой группы металлов говорит само за себя, то есть цветовые характеристики отвечают за их внешний вид.

Когда происходит смешение нескольких металлов в разных пропорциях, получается сплав, который обладает улучшенными, чем исходный материал, свойствами.

Благодаря определенным пропорциям металлов в сплаве появляется возможность получения определенных характеристик, позволяющих использовать материал для изготовления изделий в массовом производстве. Нужно отметить, что свойства (химические, физические и механические) можно менять не только путем изменения пропорций металлов, но и с помощью механического (прессования, штамповки, пайки, прокатки, ковки, резки, сварки) и химического (термообработки, технологии старения и т. д.) воздействия.

Для изготовления большинства литых изделий, проволоки, квадратов, шестиугольников в виде мотков и прутков, а также полос, лент, фольги и листов используются цветные металлы. Кроме того, в последнее время в производстве начали использовать и порошки из них.

5 технологий изготовления металлических изделий

Для изготовления металлических деталей на предприятиях страны используются различные методы, самыми известными из которых являются штамповка, ковка, механообработка и литье. Выбор наиболее подходящего осуществляется на основании того, какую деталь и с какими параметрами необходимо получить, ее размера, а также назначения. Нужно учитывать, что каждый метод имеет свои особенности, плюсы и минусы. Остановимся более подробно на самых распространенных.

1. Литейное производство.

Этот способ изготовления металлических изделий является одним из самых популярных. Заключается он в том, что изначально делается форма, в которую затем заливают расплавленный металл. Однако из-за некоторой ограниченности возможностей данный метод используется в основном для создания заготовок, которые в дальнейшем проходят обработку на токарном станке. Если конструкция будущей детали сложная, то лучше отдать предпочтение другому способу, в противном случае изделия придется дорабатывать на фрезеровочном оборудовании.

Однако, даже несмотря на перечисленные минусы литейного производства, оно отлично подходит для отлива сложных изделий, которые трудно изготовить посредством механической обработки. С помощью данного способа делают детали различного веса, причем для литья используют как металлические формы, так и «землю» (формовочные смеси).

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

2. Обработка резанием.

Этот способ является основным для изготовления машинных деталей, который предполагает использование таких видов заготовок, как отливка, прокат и штамповка.

Резание не является сложной процедурой. В данном случае новые поверхности формируются за счет деформирования, а также отделения верхних слоев материала с образованием стружки. Обработка металла сопровождается снятием определенной его части (припуска).

В отличие от других способов изготовления металлических изделий, резание используется не так часто. Объем металлов, которые подвергаются данной процедуре, значительно сокращается за счет того, что точность исходных заготовок увеличивается.

Технологий резания сегодня существует несколько: протягивание, сверление, точение и фрезерование. Все они схожи тем, что в каждой из них необходимо использовать заготовки, которые имеют форму, максимально приближенную к готовому изделию. Как правило, для этого применяются сверлильные, токарные, фрезеровочные станки.

3. Сварка изделий.

Процесс заключается в соединении двух деталей из металла для того, чтобы в итоге получить третью. Среди всех методов изготовления данный метод занимает особое место. Его используют для производства металлических изделий, необходимых в машиностроительной области. Что касается других сфер, то здесь целесообразность использования сварки зависит от конструктивных особенностей получаемых деталей. К ним стоит отнести:

способ получения заготовки;
характер разборки детали;
качество обработки.

Трудоемкость реализации сварки тоже необходимо учесть. Не стоит использовать данный способ изготовления изделий из металла в том случае, если, во-первых, вас не устраивает необходимость осуществления сборочно-сварочных работ, во-вторых, нет возможности механизировать процесс, в-третьих, потребуется дополнительная обработка готовых деталей. При таких обстоятельствах следует подобрать другой, более подходящий метод.

4. Обработка давлением.

Этот способ изготовления металлических изделий является самым обширным и включает множество методов и технологий обработки. Металл обладает довольно хорошей пластичностью, поэтому придать ему определенную форму давлением не так сложно, при этом его структура не нарушается. Именно поэтому такая обработка пользуется довольно большой популярностью.

Для изготовления деталей из металла используются следующие процедуры с применением высокого давления:

штамповка изделий;
прокатка;
волочение;
ковка;
прессование.

Если есть необходимость снизить стоимость производства, то обработка давлением подойдет как нельзя лучше. Детали в данном случае изготавливаются быстро и в большом количестве. Если говорить о минусах, то это процент брака, который при использовании данной технологии более высокий, чем при других. Кроме того, заготовка, которая подвергается обработке, может расколоться или потрескаться.

5. Обработка механическим способом.

Этот метод заключается в поэтапном срезании с поверхности заготовки металла. Комплексное использование технологий и разных типов станков позволяет добиться следующего:

придать детали абсолютно любую форму;
просверлить столько отверстий, сколько необходимо;
придать изделию более эстетичный вид с помощью строгания и шлифования.

Именно благодаря этим преимуществам изготовления металлических изделий механообработка выигрывает у других методов.

С помощью данного способа есть возможность делать небольшое количество продукции, применение других технологий в этом случае будет просто невыгодным. Благодаря минимальному проценту брака механообработка является отличным способом изготовления деталей высокого качества.

Нюансы составления чертежей для изготовления металлических изделий

Нередко требуется указывать способ металлообработки по чертежам, например, лазерная резка, пробивка металла, гибка, раскрой и т. д. Часто она нужна при слесарных, токарных услугах, а также при сварке.

Прежде чем делать заказ на изготовление металлических изделий, потребуется составить техническое задание, как, впрочем, и во многих других сферах. Чаще всего работа осуществляется с чертежами, поэтому они должны содержать особенности деталей, а также их размеры. Это позволит исполнителю заказа понять, что именно вы хотите получить.

Нужно сказать, что качество готовых изделий во многом будет зависеть от чертежа, поэтому для металлообработки обязательно наличие подробного ТЗ.

Нередко в чертеж по металлообработке входят и другие детали, например, касающиеся качества и его контроля, обязанностей сторон, форс-мажорных обстоятельств и другие нюансы производственного процесса. Как правило, ни одна крупная компания не обходится без плана при оформлении заказа на обработку материала в сторонних организациях. В этом случае составляется подробный чертеж, в который входит договор, техническое задание и множество других факторов, относящихся к процедуре.

Заказчик должен составить чертеж таким образом, чтобы учесть все аспекты. Это позволит ему не попасть в сложную ситуацию. В данном случае речь идет о сроках выполнения и компенсации ущерба в случае возникновения форс-мажорных обстоятельств, все это обязательно должно быть указано в договоре. Если в чертеже будет все учтено до мелочей, то у исполнителя даже не возникнет желания изготовить какую-либо деталь по-своему, объясняя это тем, что в ТЗ не было конкретики. Только в этом случае у вас появится гарантия того, что услуга будет оказана качественно и так, как вам это необходимо.

Заказывая изготовление металлических изделий по чертежам, можно указать в документах и определенные условия контроля качества. Вы имеете полное право уточнить, что все детали должны быть изготовлены только профессионалами и на современном оборудовании. Нужно сказать, что в договоре можно отобразить все свои пожелания, однако это не значит, что исполнитель обязательно согласится их выполнить и подпишет договор. Впрочем, как и заказчик вправе отказаться.

Методы контроля качества при изготовлении металлических изделий

Контроль качества изготавливаемых металлических изделий осуществляется сегодня с помощью ревизионных и самостоятельных мероприятий.

Если говорить о втором варианте, то это техническая проверка деталей самим исполнителем на соответствие их стандартам качества. Методы для процесса предусматриваются технологической картой (ТК) на операцию. Контроль в данном случае осуществляется специальными измерительными приборами с периодичностью, которая предусмотрена инструкцией.

Если говорить о ревизионных мероприятиях, то они проводятся, как правило, специалистами, то есть контролерами, которые во время проверки руководствуются ТК на операцию.

Все существующие методы технического контроля качества изготавливаемых металлических изделий направлены на поиск бракованной продукции и определение их типа. Нужно отметить, что дефекты могут быть как исправимыми, в этом случае деталь отправляется на доработку, после чего включается в состав готовой партии, так и окончательными, когда выхода два: в отходы или на полную переработку в зависимости от сложности брака.

Техническая проверка изделий на наличие дефектов включает в себя комплекс мер:

разрабатывается проект процессов контроля;
определяются формы контроля;
подбираются методы и средства;
согласуются между собой элементы контролирующей системы;
анализируются бракованные конструкции, детали и разрабатываются способы исправления дефектов.

Все способы технического контроля можно разделить на две большие группы: разрушающие и неразрушающие, в каждую из которых входят физические, химические и комбинированные способы проверки металлических изделий.

Если говорить о техконтроле с разрушением, то он используется для проверки качества металла, а также изделий, которые из него изготовлены. Процесс заключается в следующем: на деталь оказывается максимальная нагрузка, после чего определяется время до ее полного разрушения, а также необходимое для этого усилие.

Мероприятия контроля с разрушением осуществляются с использованием динамической или статической нагрузки на изделие. Далее в документацию вносится информация относительно типа нагрузки, времени, которое было затрачено и характере разрушения материала в результате проведенной операции.

Нагрузки динамического типа позволяют оценить:

усталость металла;
вязкость и твердость материала;
истирание и изнашивание изделий из металла.

К разрушающим способам проверки металлических деталей относятся испытания:

на сжатие;
на растяжение;
на повторно-переменное воздействие;
сопротивление к ударной нагрузке;
на твердость (метод Виккерса).

Методы с разрушением относятся к контрольным. С их помощью проверяются самые первые изготовленные изделия из партии на предмет соответствия заданным характеристикам. Кроме того, осуществляются испытания впервые поступивших материалов и сплавов, предназначенных для производства продукции.

Неразрушающий контроль, или дефектоскопия, представляет собой способ, позволяющий обнаружить дефекты однородности, целостности, а также определить изменение химического состава различных материалов, металлов и сплавов без разрушения детали.

Самым простым способом контроля является слуховое или визуальное испытание, однако назвать его надежным сложно. Для выявления брака, дефектов, а также отклонений от химического состава металлов существует огромное количество различной аппаратуры:

ультразвуковая;
магнитная;
рентгенографическая (радиационной);
контроль продукции без разрушения.

Современное оборудование обладает множеством преимуществ, среди которых стоит отметить минимальные временные затраты, точность инструментов, использующихся для контроля, а также возможность проводить испытания в момент короткой остановки текущего процесса или даже во время эксплуатации. Неразрушающие методы и технологии используются, как правило, для проверки ответственных узлов, конструкций, деталей, изделий, которые предназначены для эксплуатации на протяжении длительного времени.

Зная, какие сегодня существуют технологии изготовления металлических изделий, а также контроля, сделать выбор в пользу той или иной компании, предоставляющей услуги на рынке металлообработки, будет гораздо проще.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Производство изделий из металла

Производство изделий из металла включает в себя множество отдельных этапов и операций в зависимости от поставленных задач и применяемых материалов. Понимание технологий изготовления поможет выбрать наиболее подходящий метод реализации для вашей продукции, что сэкономит время и деньги.

Не менее важной частью процесса производства является контроль качества полученных изделий. В нашей статье мы расскажем, какие этапы и технологии используются в производстве, а также поговорим о дефектах и их выявлении в готовой продукции.

2 вида металла для производства изделий

При производстве изделий используют металлы двух видов:

Черные

В данном классе существуют подвиды, а именно чугун и сталь, которые близки друг к другу по характеристикам, но главная разница между ними состоит в доле углерода в металле. Если отдельно говорить о сталях, то они бывают углеродистыми или легированными.

Доступные сегодня различные виды черных сплавов активно применяются при изготовлении металлопроката. Их востребованность на рынке объясняется тем, что подобные металлы и изделия из них отличаются отличными рабочими свойствами.

Классификация металлов и сплавов предполагает выделение марок, которые указывают в буквенно-цифровом виде, например – Ст16ГС. Благодаря группировке марок, применяемой в производстве металлопроката, удается серьезно упростить подбор видов черного металла для различных сфер человеческой жизнедеятельности.

Ко всем разновидностям металлопроката предъявляются строгие требования – изделия должны отвечать нормам ГОСТа по форме, размерам и предельным отклонениям. Из черного металла изготавливают листовой, сортовый, фасонный, трубный прокат.

Цветные

Название этой группы объясняется наличием у металлов и сплавов особых оттенков. Так, медь – красная, поэтому ее сплавы отличаются красноватым тоном.

При массовом производстве изделий из металла необходимых свойств добиваются за счет использования сплавов в определенных пропорциях. Их механические, физические и химические качества удается варьировать за счет изменения соотношения исходных металлов.

Стоит пояснить, что для получения сплавов металлы смешивают в разных пропорциях – в итоге появляется новый продукт со значительно более высокими характеристиками. Кроме того, качества сплавов меняют при помощи дополнительного механического или химического воздействия. Под последним понимают термообработку, технологию старения, пр. Тогда как в качестве механической обработки может использоваться штамповка, ковка, прессование, прокатка, пайка, сварка, резка.

Из цветных металлов производят большинство литых изделий, проволоку, квадраты, шестиугольники в виде прутков и мотков, ленты и полосы, листы и фольгу. Не так давно предприятия начали применять подобные металлы в форме порошков.

Преимущества производства изделий из металлов

Металлоизделиями называют любую продукцию из металла, при этом не учитывается способ производства и марка. Данные характеристики подбираются под особенности использования будущей продукции и влияют на качество, технические особенности и надежность в процессе эксплуатации.

Металлоизделия выгодно выделяются на фоне аналогов из прочих материалов такими качествами:

Большой выбор – он объясняется тем, что металлические элементы могут иметь различную форму, размеры, при этом не теряют прочности и предполагают большой срок службы.
Разнообразные характеристики – при производстве изделий из металла используются такие методы, как формовка, ковка, прокат, волочение, при этом за счет каждого подхода изделию сообщаются конкретные качества. Это может быть прочность на разрыв, пластичность, твердость, пр. При помощи грамотного выбора способа обработки удается изготовить универсальную или узкоспециальную продукцию с заранее заданными свойствами.
Относительно низкая цена, которая объясняется стоимостью сырья, применяемого при производстве изделий из металла. Кроме того, по цене последние близки к пластиковым аналогам, но превосходят их практически по всем эксплуатационным свойствам.
Эстетичность, прекрасные декоративные характеристики. Добиться подобного эффекта можно исключительно при соблюдении технологии производства. Не менее важно, чтобы работой занимался настоящий специалист, а не новичок, оставляющий капли сварки и забывающий о шлифовке поверхности.
Прочность и большой срок службы, что достигается даже без дополнительной обработки металлоизделий – они могут исправно выполнять свои функции долгие годы, сохраняя основные характеристики. За счет применения защитных покрытий, препятствующих развитию очагов ржавчины, продолжительность эксплуатации возрастает в разы.
Возможность проведения санитарной обработки – данное свойство дает возможность пользоваться изделиями из некоторых видов нержавеющей стали в пищевой и медицинской промышленности. Материал выдерживает частое мытье с применением агрессивных средств, а предмет не меняет внешнего вида и важных с точки зрения эксплуатации качеств.

Основные этапы и технологии производства изделий из металла

Придание формы и размеров

На стадии формообразования применяются несколько технологий: литье, резка, воздействие высоким давлением. Под последним понимают ковку, штамповку, прессование, волочение, прокатку.

Обработка поверхности

Дальнейшее производство изделий из металла предполагает механическую обработку с целью придания заготовке необходимых габаритов, формы и прочих характеристик. Нужного эффекта достигают при помощи ручной опиловки напильником или использования металлорежущих токарных, фрезерных, строгальных и других станков.

Когда применяется второй подход, то деталь закрепляют на станке, после чего подвергают воздействию режущего инструмента. В результате, если стружка снимается с заготовки резцом – речь идет о точении, фреза используется при фрезеровании, сверло – при сверлении, шлифовальный круг – при шлифовке.

В любом случае с заготовок удаляют оставленный припуск на обработку, облой, неровности, чтобы получить изделия, полностью соответствующие требованиям чертежей. Нужно понимать, что после механической обработки поверхность деталей покрыта микронеровностями – их размер определяется «чистотой» проведения названных выше операций. Подобные дефекты невозможно разглядеть невооруженным глазом, однако из-за них происходит более стремительное развитие коррозии, что негативно сказывается на сроке службы изделий.

Обработка термическим способом

Речь идет о таких операциях, как нагрев, выдержка, охлаждение. За счет их последовательного осуществления удается повлиять на внутреннее строение сплава, избавиться от напряжения материала, сообщить ему все необходимые свойства. Во время производства изделий из металла используют следующие способы термической обработки:

отжиг;
нормализация;
закаливание;
отпуск.

Вторичная обработка

На данном шаге на поверхности изделий воздействуют механическими методами, такими как шлифовка, полировка. Либо возможно применение электрофизических и физико-химических подходов, что позволяет обеспечить деталям дополнительные преимущества в технологическом плане.

Отказ от механических методов в пользу электрического, физического, химического воздействия обеспечивает более высокую точность, качество обработки, так как при удалении припуска используются минимальные механические усилия. Указанные подходы могут применяться для изготовления металлических предметов, вне зависимости от прочности, вязкости материала. Обычно за счет этих технологий удается добиться предельно тонкого дефектного слоя на поверхности деталей после обработки. А значит, появляется возможность работать с изделиями очень сложной формы, обеспечивая высокое качество деталей даже в труднодоступных местах.

Скрепление элементов

Этот этап производства изделий из металла выполняют при помощи технологии пайки и сварки.

Сваривание предполагает использование технологии плавления или соединения элементов под давлением. В первом случае кромки изделий нагревают, из-за чего образуется ванна расплава. В нее обычно вводят присадочный металл, призванный перекрыть зазор между заготовками, однако есть технологии, позволяющие отказаться от дополнительных присадок.

Остывая, горячий металл скрепляет части изделия в единое целое, формируя атомно-молекулярные связи между кромками – таким образом получается необходимое неразъемное соединение.

Плюсы использования станков с ЧПУ в производстве изделий из металла

Станок с ЧПУ позволяет изготавливать детали без непосредственного участия человека, а значит, снижается вероятность ошибки, брака. Единственным минусом подобных станков является высокая цена их использования.

Применение данного подхода в производстве изделий из металла имеет смысл, когда:

Речь идет о потоковом, регулярном изготовлении большого количества однотипных деталей. Ключевую роль играет их количество, скорость работы и идентичность изделий.
Речь идет о потоковом, регулярном изготовлении большого количества однотипных деталей. Ключевую роль играет их количество, скорость работы и идентичность изделий.
Требуется предельно точное исполнение.
Заготовки имеют сложную поверхность, из-за чего невозможно использование других способов либо они оказываются слишком затратными в плане ресурсов, времени.

Производство металлических изделий по чертежам на станках с ЧПУ является удобным и быстрым. Немаловажно, что таким образом удается выполнять самые мелкие работы, в том числе гравировку, нанесение канавок, резьбы, сверление отверстий.

Методы контроля качества в производстве изделий из металла

Для разных глубин и размеров дефектов применяют отдельные уровни исследования:

Субмикроскопическое изучение

Позволяет обнаружить дефекты на границах кристаллов или зерен. Нужно понимать, что неравномерная кристаллизация, недостаточное питание зародышей жидким раствором приводит к формированию тонких прослоек между блоками кристаллов. Также проблема бывает связана с выделением твердой фазы нерастворимых соединений и элементов на поверхности кристаллов. Например, фосфор и некоторые другие тугоплавкие металлы не могут соединяться с железом, входящим в состав сталей, поэтому скапливаются на границах зерен.

Исследование при помощи микроанализа

Проблемы, появившиеся после производства изделий из металла, определяют при помощи микроскопов, которые способны обеспечить увеличение свыше 100 крат. Во время поиска литейных дефектов в большинстве случаев пользуются именно микроанализом, ведь данный подход дает возможность установить балл зерна, структуру металла, наличие и количество неметаллических включений, присутствие в составе меди, серы и фосфора.

Количество углерода и легирующих элементов в стали влияет на то, какие твердые фазы будут выделяться в процессе кристаллизации. Нужно понимать, что они обладают свойственной только им прочностью, твердостью, пластичностью. В марках стали, стойких к коррозии, формируются фазы аустенита, мартенсита или ледобурита – здесь все зависит от температуры охлаждения.

Помимо этого, качество металла зависит от балла зерна. Его снижение приводит к росту пластичности и параллельному падению прочности. Тогда прибегают к легированию карбидообразователями или тугоплавкими материалами, чтобы, сохранив изначальную пластичность, обеспечить повышенную прочность стали.

В первую очередь, микроанализ позволяет узнать, какое количество в процентах вредных примесей и неметаллических включений содержится в сплаве. Обычно вредными примесями оказываются сера и фосфор, вызывающие красноломкость и хладноломкость стали при производстве изделий из металла. Материал сможет использоваться в промышленности лишь при условии, что содержание данных элементов не выходит за пределы нормы.

За счет контроля доли неметаллических включений определяют, сколько в стали содержится оксидов, сульфидов, нитридов и других соединений. Все названные примеси могут оказывать положительное или негативное воздействие на свойства металла.

Исследование при помощи макроанализа

Речь идет о визуальном поиске дефектов поверхности или глубинных слоев материла, при котором изделия рассматриваются под тридцатикратным увеличением. Макроскопические изъяны появляются на любом этапе производства изделий из металла – от выплавки до содержания в условиях склада. Если в процессе исследования были найдены деформации, изделие отправляют в брак либо на доработку.

Тема 8. Металлические материалы и изделия

Металлы, их природа и строение. Определение и классификация. Общие сведения о чистых металлах (черных, цветных, благородных, редких) и сплавах. Атомно-кристаллическое строение металлов. Кристаллические системы и пространственные решетки. Типы и основные параметры кристаллических решеток, анизотропия свойств металлов. Дефекты кристаллического строения и влияние их на свойства металлов и сплавов. Аллотропические превращения в металлах. Физико-механические характеристики металлов и сплавов. Классификация металлических материалов, применяемых в строительстве.

Железоуглеродистые сплавы. Определение, химический и фазовый составы. Жидкие и твердые растворы, химические соединения и механические смеси. Фазовые превращения в сплавах. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов – феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит. Краткие сведения о диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов. Диаграмма состояния «железо – цементит». Зависимость свойств сплавов от их состава и строения.

Общие сведения о способах производства чугуна и стали. Зависимость свойств чугуна и стали от содержания углерода и постоянных примесей (марганца, кремния, серы, фосфора, азота и др.). Разновидности чугуна: передельный, литейный, ферросплавы, белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный. Определение, качественные характеристики, маркировка и применение.

Разновидности сталей. Углеродистые стали – классификация, свойства, маркировка и применение. Легированные стали – классификация, свойства, маркировка и применение. Стали строительного применения, их состав и классификация. Основы термической обработка стали. Назначение, сущность процессов и виды обработки. Влияние термической обработки на механические свойства стали.

Изделия из сталей. Сортамент стального проката. Листовая прокатная сталь (толстолистовая и тонколистовая горячекатаная и холоднокатаная, полоса горячекатаная, прокат повышенной прочности, листы с ромбическим и чечевичным рифлением, просечно-вытяжная и др.), профильная прокатная (угловая равнополочная и неравнополочная, швеллеры, шестигранные профили, балки двутавровые), профилированный настил, профили гнутые, гофробалка и др. Определение и технические характеристики.

Цветные металлы и сплавы (на основе алюминия, меди и других металлов). Получение, основные технические характеристики и применение в строительстве. Изделия из цветных металлов и сплавов.

Коррозия металлов и способы защиты.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что представляют собой чистые металлы и сплавы? Какие металлы относят к черным и цветным?

2. Приведите классификацию металлов, применяемых в строительстве.

3. Что называется чугуном? В чем заключается доменный процесс производства чугуна?

4. Приведите классификацию чугунов и раскройте особенности их видов.

5. Как маркируются высокопрочные чугуны? Какие марки, виды чугуна и изделия из него применяются в строительстве?

6. Что является исходным материалом при производстве чугуна и стали?

7. В чем заключается сущность процесса получения стали? Перечислите основные способы производства стали.

8. Приведите классификацию сталей и раскройте особенности их видов.

9. Как называются сплавы с содержанием углерода 0,02…0,8%?

10. Приведите классификацию и маркировку углеродистых сталей. Что обозначают буквы и цифры в марках углеродистых сталей обыкновенного качества?

11. Как влияет содержание углерода на структуру, свойства и свариваемость сталей?

12. Дайте определение легированной стали. Как классифицируют и маркируют легированные стали?

13. В чем сущность термической обработки металлов и сплавов? Какими параметрами определяется режим термической обработки?

14. Назовите основные виды термической обработки металлов. Что называется закалкой, и с какой целью ее производят?

15. В чем сущность химико-термической обработки металлов?

16. На какие группы подразделяются стальные прокатные изделия?

17. Перечислите основные виды фасонного профиля общего и специального назначения.

18. Что включает в себя сортамент тонколистовой и толстолистовой стали?

19. Перечислите основные виды простого сортового проката.

20. Каких видов и размеров выпускаются стальные уголки?

21. Что представляет собой стальной профилированный настил?

22. Опишите свойства меди и перечислите основные виды сплавов на ее основе.

23. Перечислите основные свойства алюминия. Какие алюминиевые сплавы называют силуминами, дюралюминами и авиалями?

24. Перечислите основные виды изделий из цветных металлов.

25. Что понимается под коррозией металлов? Перечислите основные причины, вызывающие коррозию металлов.

Характеристики разных видов металла

Металлы – обобщенное название химических элементов, объеденных по ряду признаков. В периодической таблице они занимают большую часть, однако до сих пор не существует документа, позволяющего разделить их на классы.

Отличаются металлы в первую очередь своими качественными характеристиками. Какие-то имеют высокую теплопроводимость, другие выдерживают высокие нагрузки на разрыв и растяжение. В зависимости от этих качеств определяется и сфера применения, но металлы в природном виде, даже очищенные, не обладают необходимыми показателями в достаточном виде, поэтому применяется технология сплавов, то есть соединения нескольких элементов в одну молекулярную решетку. Это позволяет существенно улучшить характеристики, и придать сплаву необходимые качества.

Простой пример: возьмем распространенный в промышленности сплав бронзу. Это соединение, где основным элементом выступает медь. В качестве легирующего, то есть улучшающего качество, компонента используется олово. В результате соединения получается новый металл, более твердый и упругий по сравнению с чистой медью, который часто используют для изготовления крепежа.

Основные виды классификации металлов

Существует несколько видов классификации металлов. Начнем с основного типа – деления на две большие группы: черные и цветные. Черные металлы отличает высокая температура плавления, плотность и повышенная твердость. Цветные металлы, в большинстве случаев, плавятся при более низких температурах и обладают повышенной электро и теплопроводимостью.

Такое разделение обусловлено распространением элементов в природе. На добычу черных элементов приходится более 90 процентов от всей массы добываемых металлов, в то время как на цветную группу приходится не более 5-10 процентов. Необходимо отметить, что виды классификации являются условными, и используются в зависимости от назначения конечного продукта, который производят из этих металлов. Так, для изготовления крепежа используется классификация по техническим характеристикам, а для изготовления сложных сплавов химическая и кристаллическая. Рассмотрим эти виды подробнее.

Химическая классификация металлов

Все элементы в периодической таблице делятся на четыре основных группы, маркируемые латинскими буквами:

S. Отмечены розовым цветом.
P. Желтые элементы.
D. Бирюзовый цвет.
F. Зеленые элементы в таблице.

Каждая группа содержит в себе металлы. Элементы из первых двух категорий (S и P) называют простым видом, а элементы из групп D и F переходным. Также каждая группа делится еще на несколько категорий. В группу S входят щелочные и щелочеземеленые металлы, а в группы D и F платиновые, урановые и редкоземельные. При этом в каждой группе существуют исключения, из чего можно сделать вывод, что деление металлов по химическим группам является условностью, и редко применяется в практических сферах. Такое деление интересно только для научных изысканий, и практически не применимо в промышленности и производстве. Например, изготовление крепежа отталкивается от технических аспектов, и лишь в малой степени от химических.

Классификация металлов по кристаллической решетке

Все элементы имеют, так называемую, кристаллическую решетку. Абстрактная структура, определяющая расположение атомов и электронов, а также их привязку к ядру. В аморфных материалах, таких как стекло, атомы расположены хаотично, и не имеют строгой конструкции. В отличие от металлов, которые в твердом виде обладают строго структурированной решеткой, с четким построением молекулярных элементов. Всего разделяют 4 вида кристаллических решеток, которые проще представить в виде таблицы:

Это наиболее распространенные типы кристаллических решеток, часто встречающиеся у металлов. В общей сложности система классификации насчитывает 14 конфигураций, но у металлов они или встречаются крайне редко, или не встречаются вообще. Также следует отметить, что правильное построение решетки возможно только при естественном затвердевании металла, без искусственных ускорений. Если процесс остывания был ускорен, форма решетки изменится. В производстве это называют закаливанием, в результате которого меняется не только молекулярная структура, но и технические свойства.

Также, при нарушении норм производства металлического проката, может наблюдаться замена в кристаллической решетке. Это ведет к полному изменению качеств готового изделия. Чтобы условия производства соблюдались, были разработаны нормы стандартизации, гарантирующие четкое соответствие готового проката техническому описанию его свойств.

Техническая классификация металлов

Наиболее полную систему классификации предложил профессор Гуляев, хотя современные ученые и не согласны с некоторыми ее аспектами, ничего нового пока предложено не было. Итак, черные металлы делят на 5 основных подгрупп:

Железные металлы. Сюда входят марганец, кобальт, никель, и конечно, железо. Наиболее распространенная в природе группа, используемая в сплавах как основной компонент.
Тугоплавкие. Элементы, имеющие высокую температуру расплавления. В качестве эталона принята мера в 1539 градусов по Цельсию.
Редкоземельные. Дорогостоящие в плане добычи и обработки элементы, к которым относят неодим, европий, самарий и другие металлы, используемые в качестве присадок к основному сплаву. Способны даже при небольшом проценте вмешательства существенно повысить или полностью изменить характеристики сплава.
Щелочные. Особая группа, практически не применяемая в чистом виде. Чаще всего используются в атомной энергетике. Сюда относят: литий, барий, радий и другие.
Урановые. Торий, уран, плутоний. Применяются исключительно в атомной энергетике.

Цветные металлы также делят на несколько подгрупп. Их три:

Легкие. Алюминий, магний, бериллий. Обладают низким удельным весом и часто применяются в авиастроении и прочих сферах, где необходим твердый, но в то же время легкий материал.
Легкоплавкие. Металлы с наиболее низкой температурой плавления: цинк, олово, свинец. Используются как в чистом виде, в качестве припоя и соединительного элемента, и как легирующие добавки, повышающие или изменяющие характеристики сплава.
Благородные или драгоценные металлы. Наиболее редкие элементы, к которым относят: золото, серебро, палладий, платину. Обладают максимальной устойчивостью к коррозии и окислению, благодаря чему получают широкое распространение в различных промышленных сферах.

Практически все металлы из двух групп поддаются смешению, то есть производству из них сплавов с необходимыми техническими характеристиками.

Классификатор металлов по ГОСТ

Если рассматривать метлы с точки зрения геологии и распространения в природе, их делят на две большие группы: черные и цветные. Об этом мы уже говорили выше. В химии деление происходит по 4 направлениям, но чтобы привести виды металлов к общему знаменателю, необходимо более точное разделение. Начнем с основного типа классификации: металлы и сплавы. Металлы – это материалы, используемые в чистом, или практически чистом виде. Здесь допускаются примеси, но в незначительной степени, то есть те, которые не способны оказать влияния и изменить технические характеристики. Сплавами называют соединения, с высоким содержанием двух и более элементов.

Для того чтобы сплав получил маркировку, в его составе должно быть не менее 50 процентов основного компонента. То есть, если мы берем бронзу, то понимаем, что в ее составе больше половины занимает медь, а остальное делится между другими металлическими компонентами. Чистые металлы, в свою очередь, делятся на стали и чугуны. Эти металлы имеют в составе углерод. Если его содержание не превышает 2,14 %, его называют сталью. Свыше этого значения уже чугун.

Классификация металлов

Чтобы привести все виды металлов к единому стандарту качества, необходимо разделить их на группы. Таких групп 3:

Стали,
Чугуны,
Сплавы на основе цветных металлов.

Каждая группа имеет деление на подгруппы. У стали это:

углеродистая,
легированная,
специальная.

Углеродистая сталь не имеют легирующих, то есть изменяющих структуру элементов. Допускаются примеси, но в незначительном количестве. Углеродистая сталь в свою очередь делится на инструментальную и конструкционную. Кардинальные различия заключаются в процентах содержания в составе углерода. Конструкционная сталь содержит не более 0,6%, а инструментальная от 0,7 до 1,5%. Далее конструкционная сталь делится на обычное качество и высокое. В обычном качестве допускаются примеси серы и фосфора, но в количестве, не превышающем 0,3 процента. Соответственно высококачественная сталь не предусматривает наличия этих элементов в составе, или их количество должно быть меньше установленной нормы.

Далее легированная сталь, то есть материал, имеющий в составе компонент, влияющий на качественные характеристики сплава. Список легирующих элементов довольно большой, и здесь его приводить не имеет смысла. Содержание легирующего элемента начинается от 2,5%. Такая сталь называется низколегированной. Если в составе от 2,5 до 10 процентов, это уже среднелегированная марка, а при содержании свыше 10 процентов, получается высоколегированная сталь.

Помимо этого легированные стали делятся по назначению. Здесь три группы:

инструментальная,
конструкционная,
специальная

В стандартизации каждый элемент имеет буквенное обозначение, а для причисления легированной стали к тому или иному классу используется отдельный список. Все легированные стали обозначаются сочетанием букв и цифр. Для примера рассмотрим такое соединение: 10Г2СД.

Первая цифра здесь – это количество углерода в сотых долях процента. Далее буква Г, в классификаторе означающая марганец. Следующая за буквой Г цифра 2 говорит нам о том, что марганец в этом составе присутствует в двухпроцентной доле. И последние две буквы – это дополнительные элементы, процентная доля которых менее 1,5%. В данном случае сюда добавлены медь и кремний.

Последний вид стали – специальный. Он делится на несколько групп:

строительная,
подшипниковая,
арматурная,
котельная,
автоматная.

Соответственно для каждой группы имеются свои стандарты.

Далее идут чугуны, делящиеся на три группы:

белый,
отбеленный,
и графитизированный.

У каждой группы также имеется свое разделения, но наибольший интерес представляет графитизированный чугун, который делится на:

серый,
вермикулярный,
ковкий
и высокопрочный.

Отношение к какой-либо группе определяется процентным соотношением углерода к металлу в составе, а также наличию примесей, допустимых стандартами, то есть ГОСТами.

И, наконец, последняя крупная группа – сплавы на основе цветных металлов. Здесь очень много разделений и видов классификации, поэтому остановимся на трех основных категориях, и представим их в виде таблиц:

Поиск сплава в классификаторе ГОСТ

Государственные стандарты четко определяют не только виды металлов и сплавов, но и качество производства заготовок для дальнейшей обработки и производства металлоизделий. Реестр очень большой, и первый пункт, который нам нужен – металлы и металлические изделия.

Далее переходим в необходимый раздел. Углеродистая и качественная сталь имеет маркировку В2 и В3 соответственно, а цветные металлы и их сплавы находятся в разделе В5. Также имеет смысл поискать в разделе В8, где перечислены стандарты литейных отливок.

Если мы говорим про изготовление крепежа, наибольший интерес представляет раздел В5, а внутри него подраздел В51.

Перед нами открывается список всех ГОСТов, связанных с этими определениями.

Он довольно большой, и не зная конкретного номера найти необходимую статью довольно сложно. Если же номер известен изначально, то на сайте ГосСтандарта есть готовый поиск, куда необходимо внести свой номер, чтобы сразу получить доступ к необходимому элементу.

Сферы применения основных металлов

Рассматривать радиоактивные и редкоземельные металлы не имеет смысла, так как в производстве крепежа они практически не принимают участия, как и в других сферах, не связанных с атомной энергетикой и некоторыми редкими видами промышленности. Нас интересуют основные металлы и сплавы рассмотренные выше.

Сферы их применения очень разнообразны:

строительство,
авиастроение,
машиностроение,
производство инструментов,
металлоконструкции,
станкостроение.

И так далее. Изготовление крепежа можно отнести нескольким категориям, но по сути, это металлоконструкции, называемые в народе Метизы. Для производства метизов используются десятки различных металлов и сплавов, от конструкционной стали и чугуна, до сложных сплавов на основе титана и меди.

Коротко по каждому виду, применяемому для изготовления крепежей

Перед тем как перейти к описанию конкретных видов металлов и сплавов, необходимо определиться, какие основные технические требования предъявляются к продуктам, попадающим под категорию «крепеж». Их несколько:

прочность учитывается прочность на разрыв и излом.
Пружинистость. Возможность металла возвращать изначальную форму после сжатия.
Устойчивость к коррозии и окислению. Актуально для всех видов крепежа.

И многое друге. Теперь поговорим о конкретных металлах и сплавах. Их список выглядит следующим образом:

Алюминий и сплавы на его основе,
Медь,
Латунь,
Бронза,
Инструментальная сталь,
Легированная сталь,
Ковкий чугун,
Сталь нержавеющая.

Начнем по порядку: первый пункт – это алюминий и сплавы на его основе. Он применяется при изготовлении клепок и различных зажимов. Также в клепках может быть использована медь для повышения качества метиза. Помимо этого из меди изготавливают гайки специального назначения. Они используются, в частности, при судостроении, так как медь при контакте с другими металлами не создает искру.

Латунь и бронза отличаются повышенной, по сравнению с медью, прочностью, поэтому из них изготавливают различные шпонки, элементы анкеров, а также болты, шурупы и винты. Еще одна особенность этих сплавов заключается в отсутствии скипания. То есть при электрическом замыкании, сталь сплавляется, а медь остается цельной и не разрушается.

Из легированной и конструкционной стали изготавливаются барашковые гайки, струбцины и прочие удерживающие элементы. Это обусловлено высокой прочностью этих марок. Нержавеющая сталь, в свою очередь применяется там, где необходима максимальная устойчивость к коррозии. Что касается чугуна, то он чаще всего применяется при производстве запорной арматуры, то есть вентилей и запоров.

Читайте также: