ЛЕКЦИЯ 1. Цели и задачи дисциплины ТКМ
ТКМ – дисциплина, изучающая способы получения различных металлов и неметаллов, а также технологические методы формообразования заготовок и деталей литьем, обработкой давлением, сваркой и обработкой резанием.
Металлы и их сплавы.
Все известные в настоящее время химические элементы (более 100 наименований) по совокупности свойств подразделяют на металлы и неметаллы. Примерно 80 % общего числа элементов относится к металлам. Некоторые из них (мышьяк, сурьму и др.) иногда называют полуметаллами, так как по одним свойствам их можно отнести к металлам, а по другим – к неметаллам.
Металлы (от греческого металлон – копи, рудники) – вещества неорганического происхождения, многие из которых обладают характерным блеском, высокой плотностью, прочностью и твердостью, пластичностью, хорошей электро- и теплопроводностью.
Классификация металлов
Все существующие металлы условно принято подразделять на черные и цветные.
Черные металлы – железо (Fe).
|
|
Цветные металлы – все остальные, например: K (калий), Na (натрий), Ca (кальций), Al (алюминий), Mg (магний); Ni (никель), Cu (медь), Pb (свинец), Zn (цинк), Sn (олово), W(вольфрам), Ti (титан), Mо (молибден), V (ванадий), Nb (ниобий), Zr (цирконий), Au (золото), Ag (серебро), Pt (платина) и т.д.
Цветные металлы в свою очередь подразделяются на следующие группы:
легкие цветные, например: K (калий), Na (натрий), Ca (кальций), Al (алюминий), Mg (магний);
тяжелые цветные с плотностью более 5 г/см3, например: Ni (никель)i, Cu (медь), Pb (свинец), Zn (цинк), Sn (олово);
благородные, например: Au (золото), Ag (серебро), Pt (платина);
редкие.
Редкие металлы в свою очередь подразделяют на:
тугоплавкие (с температурой плавления выше 1875 °С), например: W (вольфрам), Ti (титан), Mо (молибден), V (ванадий), Nb (ниобий), Zr (цирконий), Та (тантал);
легкие, например: Sr (стронций), Sc (скандий), Rb (рубидий), Cs (цезий);
радиоактивные, например: U (уран); Ra (радий), Ae (актинидий), Pd (палладий);
редкоземельные, например: Ge (германий), Ga (галлий), Hf (гафний), In (индий), La (лантан), Tl (таллий), Се (церий), Re (рений).
Классификация сплавов
Технически чистые металлы обладают низкой прочностью и поэтому применение их ограничено. В промышленности, как правило, применяются сплавы металлов.
Сплавом называют вещество, полученное сплавлением 2-х или более элементов, называемых компонентами сплавов.
Сплавы:
на основе железа (Fe) называются чѐрными или железоуглеродистыми сплавами (стали, чугуны);
на основе цветных металлов, таких как K (калий), Na (натрий), Ca (кальций), Al (алюминий), Mg (магний) называются легкими цветными сплавами;
|
|
на основе цветных металлов, таких как Ni (никель)i, Cu (медь), Pb (свинец), Zn (цинк), Sn (олово) называются тяжѐлыми цветными сплавами;
на основе тугоплавких металлов, таких как W(вольфрам), Ti (титан), Mо (молибден), V (ванадий), Nb (ниобий), Zr (цирконий), и т.д. называются тугоплавкими сплавами.
В зависимости от количества основных компонентов, входящих в состав сплава, различают сплавы двойные (бинарные) и сложные (тройные, четверные и т. д.).
Примеси сплавов
Помимо основных компонентов в состав сплавов входят примеси:
случайные (попадают в сплав во время его приготовления);
специальные (вводятся в сплав в виде добавок для придания ему необходимых эксплуатационных свойств).
Введение в сплав специальных добавок называется легированием, а сама добавка – лигатурой. Составляющими лигатуры могут быть как отдельные элементы (легирующие элементы), так и сплавы этих элементов.
Помимо этого различают примеси вредные (S, P, O2, H2, N2), ухудшающие свойства материалов, и полезные, улучшающие их свойства - (легирующие элементы).
Структура сплавов
По структуре сплавы разделяют на твердые растворы, механические смеси и химические соединения.
а) Если атомы входящих в состав сплава компонентов имеют незначительные различия в размерах и строении электронной оболочки, то они как правило образуют общую кристаллическую решетку. Такая структура называется твердым раствором.
б) Механическая смесь получается, когда компоненты сплава не могут образовать общую решетку и каждый из них кристаллизуется самостоятельно.
в) При химическом взаимодействии компонентов сплава получается новое вещество, свойства которого резко отличаются от свойств исходных компонентов; такой сплав называют химическим соединением.
В составах сплавов могут сочетаться все три рассмотренных вида строения.
Классификация сталей и чугунов
Классификация и маркировка сталей
Сталями называются сплавы железа (Fe) с углеродом (С ≤ 2,14 %), а также другими элементами.
Классификация сталей
Стали, классифицируют по следующим признакам.
Химический состав
В зависимости от химического состава различают стали углеродистые и легированные.
Углеродистые стали подразделяют на:
малоуглеродистыми, содержание углерода С < 0,25 %;
среднеуглеродистыми, содержание углерода 0,25 ≤ С ≤ 0,60 %
высокоуглеродистыми, содержание углерода С > 0,60 %
Легированные стали подразделяют на:
низколегированные, суммарное содержание легирующих элементов до 2,5 %
среднелегированные, суммарное содержание легирующих элементов от 2,5 до 10 %;
высоколегированные, суммарное содержание легирующих элементов свыше 10 %.
Назначение
По назначению различают стали:
а) Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий деталей машин и приборов).
б) Инструментальные, предназначенные для изготовления режущего, мерительного, штампового и прочего инструментов. Эти стали содержат более 0,65 % углерода.
в) Специальные стали с особыми свойствами:
с особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками (электротехническая сталь)
с особыми химическими свойствами, например, коррозионностойкие, жаростойкие или жаропрочные стали.
Легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами (таблица 1):
Таблица 1 - Обозначения химических элементов в марках сталей Обозначения элементов | Наименование элемента | ||||
в марке стали | в таблице Менделеева | ||||
А | N | Азот | |||
Б | Nb | Ниобий | |||
В | W | Вольфрам | |||
Г | Mn | Марганец | |||
Д | Cu | Медь | |||
Е | Sе | Селен | |||
К | Co | Кобальт | |||
М | Mo | Молибден | |||
Н | Ni | Никель | |||
Р | B | Бор | |||
С | Si
| Кремний | |||
Т | Ti | Титан | |||
Ф | V | Ванадий | |||
Х | Cr | Хром | |||
Ц | Zr | Цирконий | |||
Ю | Al | Алюминий | |||
Классификация и маркировка чугунов
Чугунами называются сплавы железа (Fe) с углеродом (С > 2,14%), а также другими элементами.