Металлы и сплавы, применяемые в машиностроении

Основными материалами, применяемыми в машиностроении при изготовлении деталей, узлов машин и различных металлических конструкций, являются металлы и сплавы.

Металлами называются химические элементы, обладающие следующими характерными признаками: непрозрачностью, хорошей проводимостью тепла и электрического тока, характерным «металлическим» блеском в изломе, а также способностью поддаваться ковке, прокатке, волочению, литью и обработке резанием.

Сплавами называются сложные по составу металлические тела, образовавшиеся в результате затвердевания жидкого раствора, состоящие из двух или нескольких металлов и металлоидов.

Широкое применение в промышленности получило железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами образует группу черных металлов. В эту группу входят различные марки стали и чугуна. Из цветных металлов широко используются медь (обычно в виде сплавов), магний, алюминий, свинец, олово и др.

Металлы и сплавы имеют различные физические, механические, химические и технологические свойства.

К физическим свойствам относятся: цвет, плотность, температура плавления (плавкость), теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение, электропроводность, способность намагничиваться.

Температура плавления - температура, при которой металл при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое.

Плавкость металлов используют для получения отливок при разливке расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы (например, свинец) применяют в качестве закалочной среды для стали.

Теплопроводность - это свойство металла проводить тепло. Знание теплопроводности металлов важно для обработки их давлением, для термической обработки и т. п. Лучшие проводники электрического тока являются вместе с тем и лучшими проводниками тепла и наоборот.

Электропроводность - способность металлов и сплавов проводить электрический ток. Металлы с высокой электропроводностью (медь, алюминий) применяют в электромашиностроении, для устройства линий электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением - для ламп накаливания, нагревательных приборов и т. п.

Магнитные свойства металлов особенно важное значение имеют в электромашиностроении (электродвигатели, динамомашины, трансформаторы), для приборов связи (телефонные и телеграфные аппараты), в автоматике и телемеханике (реле), радиоаппаратуре и т. п. Магнитными свойствами обладают только железо и его сплавы и в небольшой степени никель и кобальт. Остальные металлы практически немагнитны.

К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, пластичность, упругость, твердость, вязкость, хрупкость, износостойкость.

Прочность - это способность металла или сплава сопротивляться разрушению под действием внешних сил.

Пластичность - свойство металла или сплава изменять свою форму под действием нагрузки не разрушаясь и сохранять принятую форму после прекращения действия нагрузки. Пластичность металлов дает возможность обрабатывать их давлением (ковать, прокатывать, гнуть, вытягивать).

Упругость отличается от пластичности тем, что после снятия нагрузки материал принимает первоначальную форму.

Твердость - свойство металла или сплава сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала.

Ударная вязкость - способность металла выдерживать ударную нагрузку, не разрушаясь.

Хрупкость - способность металла или сплава разрушаться под действием ударной нагрузки без пластической деформации.

Износостойкость - способность поверхностного слоя материала противостоять истиранию под влиянием трения.

К химическим свойствам металлов относятся жаростойкость, жароупорность и коррозионная стойкость.

Из химических свойств металлов коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в сильно окислительных средах (детали химических машин и приборов). Высокой коррозионной стойкостью обладают специальные нержавеющие, кислотостойкие и жаропрочные стали.

К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, прокаливаемость, жидкотекучесть.

Обрабатываемость - свойство металла или сплава, характеризующее его способность подвергаться обработке резанием (определяется по скорости резания, усилию резания и по чистоте обработки).

Свариваемость - свойство металла давать доброкачественное соединение при сварке, характеризующееся отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих к шву зонах.

Ковкость - способность металла или сплава без разрушения изменять свою форму при обработке давлением.

Прокаливаемость - способность сплава воспринимать закалку на определенную глубину от поверхности.

Жидкотекучесть- способность металла или сплава в расплавленном состоянии заполнять литейную форму.

Чтобы определить строение, состав и свойства металла, его подвергают испытанию (механические испытания, химический, спектральный, металлографический и рентгенографический анализ, технические пробы и дефектоскопия).