Металлы и их свойства

При слове „металл" прежде всего возникает представление о твердости, прочности этого материала. Вот это самое свойство и будет служить главным препятствием к большому разнообразию работ мастера. Но, несмотря на некоторую трудность работ с металлом, всё же у наших мастеров найдется их достаточно. Это будут работы самостоятельного значения и всевозможные мелкие работы вспомогательного характера в тех случаях, когда при изготовлении той или иной вещи нам понадобятся металлические детали.


Сортовая сталь.

Надо знать качество материала, надо знать приемы обработки, надо умело выбрать необходимый материал и выполнить все рабочие операции. Сначала мы разберемся в тех металлах, с которыми может встретиться мастер. Металлы, идущие в обработку, могут представлять собою чистые металлы и сплавы и делятся на две основные группы: черные металлы и цветные. Черные металлы — это чугун, сталь, железо. Все остальные составляют группу цветных. Мы будем работать с медью, алюминием, цинком, свинцом, оловом и их сплавами. Чугун — основа всей металлопромышленности и главной ее части, черной металлургии,— в практике мастера будет, вероятно, редким гостем. Обычно он встречается в отливках. В этом виде он может попасться и нам в виде какого-нибудь кронштейна, лапки, башмака для подшипника и тому подобных деталей. Различные сорта чугуна плавятся при температуре 1150° и выше. Самому построить печь для плавки чугуна нельзя, и потому отливать нам из него ничего не придется. В промышленности употребляется несколько основных типов чугуна. Различие заключается в их структуре. Чугун — это сплав железа с углеродом; углерода в чугуне бывает 3—4%. но не меньше 1,7%. Он может входить в чугун в свободном состоянии в виде графита и может быть химически связан с железом, образуя цементит. Белый чугун имеет в своем составе только связанный с железом углерод — цементит. Он обладает очень высокой твердостью и хорошо противостоит стиранию, но хрупок. Серый чугун, кроме цементита, имеет вкрапления свободного углерода — графита. Он обладает достаточной прочностью, хорошо обрабатывается инструментами и достаточно износоустойчив. Из серого чугуна изготавливается основная масса отливок, благодаря его хорошим литейным свойствам и относительной легкости обработки. Ковкий чугун получается из белого чугуна путем термической обработки. Готовую отливку из белого чугуна подвергают длительному обжигу или томлению в печах. В результате этого хрупкий белый чугун получается вязким и легко обрабатываемым. По своей прочности ковкий чугун стоит между серым чугуном и сталью. Из серого чугуна при меньшем содержании углерода получают сталь. В ней углерода от 0,25 до 1,6%. Сортов или марок стали очень много. В состав стали часто входят еще и другие металлы: никель, марганец, хром и другие. Свойства различных сортов ее весьма различны, и для правильного применения стали надо знать ее марку. Для наших целей чаще всего может понадобиться обыкновенная углеродистая сталь, из которой делают всевозможный инструмент, зубила, напильники. По сравнению с серым чугуном сталь в изломе более светлого цвета, мелкозерниста. Излом крепко закаленной стали матово-серый, гладкий. Крупное зерно служит признаком плохого качества стали. Кусок стали издает при ударе характерный звон. Сталь упруга и обладает способностью закаливаться. Нагретый до красного каления и опущенный в воду кусок стали приобретает различные степени твердости и упругости. При нагревании и медленном охлаждении сталь теряет эти свойства, или, как говорят, отпускается. Куется сталь хорошо, режется труднее, чем чугун. Закаленную сталь вообще нельзя обрабатывать инструментами, ее надо сначала отпустить. В закаленном виде она поддается обработке только так называемыми абразивными материалами — обточке и шлифовке на различных точильных камнях (естественных и, главным образом, искусственных). При еще меньшем содержании углерода, от 0,25 до 0,05%. мы получаем сталь специального назначения, называемую в обиходе железом. Термин этот не точен, однако имеет большое распространение. Из малоуглеродистой стали делают жесть и кровельную сталь (кровельное железо), гвозди, проволоку, заклепки и другие изделия. Такая сталь мелкозерниста в изломе, имеет слегка волокнистое строение, светло-серого цвета, легко обрабатывается инструментами и куется. Чем меньше в стали углерода, тем она мягче. Большая мягкость достигается ее отжиганием, которое состоит в том, что сталь нагревают докрасна и затем медленно охлаждают. Если куски стали мелки (например, мелкие заклепки), то их надо охлаждать в горячей золе или песке, иначе они быстро остынут и несколько закалятся. Из металлов чугун обыкновенно выпускается металлургическими заводами в чушках и слитках. С чушками чугуна имеют дело большие заводы и мастерские, которые имеют вагранки и пламеннее печи (печи для переплавки чугуна). Мастеру с ними не придется возиться. Сталь выпускается в виде так называемого сортового материала, в виде рельсов, полос, балок различного сечения (рис. 3), углового, таврового, двутаврового, коробчатого. Все эти материалы делают на сталепрокатных заводах. Там же делают из этих металлов материалы круглого сечения — круглую сталь, прутья, толстую проволоку-катанку, из которой на проволочных заводах тянут проволоку. На трубопрокатных заводах из стали делают трубы разнообразных размеров. Сталепрокатные заводы выпускают листовую сталь, начиная от толстых плит и кончая тонкой жестью. Мастеру доступны будут эти материалы главным образом в обрезках и в самых мелких размерах. Куски полосовой и угловой стали, труб, стержни, прутки и проволока, жесть — вот те материалы, с которыми придется иметь дело. Цветные металлы выпускаются в виде чушек, полос, лент, трубок, прутков, проволоки, листового материала. Посмотрим, каковы их свойства. Красная медь — довольно мягкий, очень ковкий металл оранжево-красного цвета. На воздухе красная медь покрывается темным слоем окиси, который предохраняет ее от дальнейшего окисления. Плавится красная медь при температуре 1083°, и потому ее надо исключить из числа металлов, которые будет употреблять в своей литейной мастер. Обрабатывается красная медь всеми инструментами легко, но при этом надо иметь в виду ее большую вязкость, из-за которой тонкий и хрупкий инструмент (ножовочные полотна, сверла) может при сильном нажиме сломаться. Красная медь очень хорошо паяется оловом и твердым припоем, обладает большой электропроводностью и теплопроводностью. Очень большое значение имеют также сплавы красной меди с другими металлами. Желтая медь, или латунь (сплав меди — 60—70% — с цинком — 40— 30%), — светло-желтого цвета, более тверда, нежели красная медь. Ковкость латуни значительно хуже. По сравнению с красной медью она хрупка и обладает некоторой упругостью. Поэтому из латунной проволоки и ленты делают иногда пружины. Окисляется латунь на воздухе слабо, сохраняя свой блестящий вид, паяется легко. Сплавы красной меди с другими металлами вообще носят название бронз. Сортов бронзы очень много и с очень различными качествами, но в основном это сплавы меди с оловом. Все бронзы представляют собой отличный литейный материал, пригодный и для литейной мастера. Температура плавления бронз — около 900° и несколько ниже. Так называемый „медный" припой — это кусочки более легкоплавкой бронзы. Алюминий — легкий металл серебристо-белого цвета, плавящийся при температуре около 659°. Алюминий мягок, легко обрабатывается инструментами. В прокатанном и отожженном виде он хорошо куется. Литой алюминий хрупок. На воздухе он окисляется и быстро разрушается в присутствии щелочей. Алюминий не паяется обычным способом. Способы пайки алюминия имеются, но они трудны. Благодаря своей легкости, а также и другим качествам, алюминий незаменим во многих работах, например при постройке авиамоделей. Существует много сплавов алюминия, которые обладают большой твердостью и крепостью, сохраняя легкость; они-то главным образом и находят себе применение в промышленности (например, в авиационной). Цинк — тяжелый металл серого цвета, плавится при температуре 419°. Куется он плохо, только при небольшом нагреве, легко паяется и обрабатывается инструментами, на воздухе в обычной температуре противостоит окислению. Очень хорош как материал для литья, как в чистом виде, так и в сплавах с другими металлами. Свинец — мягкий, очень пластичный и тяжелый металл серого цвета, плавится при 327°. Хорошо противостоит окислению, а также с трудом разрушается кислотами. Окиси свинца ядовиты. Как самостоятельный материал для изделий употребляется редко, но зато часто входит в состав различных сплавов. Олово — мягкий тяжелый металл серебристо-белого цвета, не окисляется, плавится при 231°. Чистое олово в палочках можно узнать по характерному хрусту при перегибе палочки. Оно идет для лужения посуды, для пайки как в чистом виде, так и в сплавах со свинцом (третник, половник). Иногда олово входит в состав различных бронз. Все металлы (кроме ртути) — в обычных условиях тела твердые и обладают большим удельным весом. Мы указали на некоторые свойства отдельных металлов и на качество, присущее в разной степени большинству из них, — твердость. Но, помимо этого свойства, они обладают и другими. Если мы начнем металлы нагревать, заметим, что одни из них, при одинаковой массе металла, нагреваются быстрее, другие медленнее. Значит, металлы обладают неодинаковой теплопроводностью. При нагревании металл размягчается и при определенной степени нагрева начинает плавиться. Степень эта для различных металлов и сплавов весьма различна. Есть сплавы, которые плавятся в кипятке (то есть при температуре 100°), но есть и такие, которые выдерживают белокалильный жар (вольфрамовые нити электрических лампочек). Свойством металлов плавиться при нагревании пользуются весьма широко при изготовлении литых металлических изделий. Почти все металлы обладают ковкостью и пластичностью. Они в большей или меньшей степени способны под влиянием ударов или давления изгибаться, вытягиваться, сплющиваться. Способность эта обычно повышается при нагревании. Под ударами молотка или под давлением металл становится жестким, гартуется. Его можно сделать мягким опять, если отжечь, разогревая на огне. Ковкие пластичные металлы являются и более мягкими, — их с меньшими усилиями можно обрабатывать режущими инструментами. Однако тут приходится считаться с их вязкостью, очень заметной при сверлении и резании. Кусок красной меди или свинца надо рубить зубилом до конца, в то время как кусок латуни, железа или стали можно надрубить и затем сломать. Более твердая латунь при обточке дает гладкую поверхность, красная медь или алюминий как бы тянется за резцом. Противоположное ковкости свойство — хрупкость, неспособность выдерживать удары. Сильно закаленная сталь, многие сорта чугуна и бронз от удара разлетаются. Вот почему нельзя колотить напильником по гвоздю, молотком по напильнику, нельзя изгибать сверло при сверлении. Хрупкость металла не всегда является признаком его твердости. Цинковая отливка хрупка, но не тверда. Закаленный нож и хрупок и тверд. Затачивать лезвие ножа или конец сверла напильником — это значит портить напильник. Если после этого посмотреть на его поверхность, увидим, что она блестит, так как насечка притупилась. Еще одно важное свойство металлов — это их упругость. В наибольшей степени этим свойством обладают специальные сорта стали. Рулетку из стальной ленты можно смять в кулаке, можно вязать из нее узлы, но даже следов каких-либо изменений от такого обращения на ней не будет. Некоторые свойства металлов связаны с явлениями электричества и магнетизма. Мы знаем, что одни металлы лучше проводят электрический ток, другие хуже, одни металлы намагничиваются, сохраняют это свойство, Другие — нет. Многие свойства металлов, которыми они обладают при обычной температуре, изменяются при нагревании. Из всех свойств, связанных с изменением температуры, особенное значение имеет способность стали принимать закалку. Нагретая и быстро охлажденная сталь становится хрупкой, как стекло. При новом нагревании и медленном охлаждении, отпуске, эта хрупкость постепенно теряется и металл приобретает прежние качества. Иногда бывает необходимо закалить деталь, сохранив в то же время вязкость металла. В этом случае пользуются специальными установками, в которых с помощью токов высокой частоты деталь закаливается только с поверхности, на глубину в несколько миллиметров. Вся остальная масса металла внутри изделия остается без изменения. Свойства металла учитываются при его обработке. Прежде всего широко используют способность металла плавиться при нагревании. Это один из самых дешевых и простых способов получения изделий из металла. Части огромных машин и маленькие оловянные солдатики по существу изготовляются одинаковым способом. Затем следует обработка металла в горячем цехе. Металл разогревают докрасна и придают ему желаемую форму расплющиванием, изгибанием, вытягиванием. Это будет кузнечная обработка, которой подвергаются по преимуществу железо и сталь. И, наконец, металл можно обрабатывать в холодном виде, удаляя излишние частицы металла срезыванием на станках или вручную. На станках металлические части обтачивают, сверлят, строгают, фрезеруют, долбят. Вручную их обрубают, отпиливают, сверлят, клепают. Домашнему мастеру главным образом будет доступна ручная и машинная обработка металла в холодном виде, несложные токарные и слесарные работы, работы из жести и проволоки. Но немножко придется познакомиться и с литьем и с кузнечным делом, так как из этого вряд ли удастся обойтись. Конечно, в отливных домашнего мастера не будет ни стали, ни чугуна; самое большое, с чем он справится, — это бронзы, а чаще даже цинк, свинец и их сплавы. Почти всё то, с чем имеют дело при литье в больших заводских мастерских, будет в миниатюре и у домашнего мастера. Придется быть и кузнецом. Многие работы (по железу и стали) потребуют уменья работать молотком на наковальне.




Postroyka - новинки в строительстве и недвижимости.
Полезная информация о строительных материалах 08-11-2005