Металлообработка: обрабатываемые материалы

В данной статье мы рассмотрим виды материалов, которые подвергаются обработке, их свойства и применение.

Чугун

Чугун — сплав железа с углеродом (содержанием обычно более 2,14 %). В зависимости от химического состава и термообработки, выделяют: белый, серый, ковкий, высокопрочные чугуны. Как правило, чугун хрупок.

Белые обладают очень высокой твердостью и режущим инструментом обрабатываться не могут. Применяют для получения серого, ковкого чугуна и стали.

Серые чугуны хорошо поддаются механической обработке.

Для получения высокопрочного чугуна в него вводятся легирующие добавки (никель, хром, магний и др.).

Свойства:

  • невысокая стоимость,
  • хорошие литейные свойства,
  • достаточно высокую прочность,
  • износостойкость на трение

Применение:

  • Художественное применение(парковая скульптура, решётки, ограды, садовая мебель и пр.)
  • Конструкционное применение (колонны, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и блоки двигателей, зубчатые колеса и другие детали)

Сталь

Применение:

  • Художественное применение(парковая скульптура, решётки, ограды, садовая мебель и пр.)
  • Конструкционное применение (колонны, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и блоки двигателей, зубчатые колеса и другие детали)

Обычно, сталь различают между собой на:

  • конструкционную с определенными механическими  свойствами. Используется во многих типах конструкций.
  • инструментальную с определенным сопротивлением износу. Используется для изготовления всех типов инструментов

С помощью термообработки (нагрев, охлаждение) сталь может менять свою кристаллическую структуру и механические свойства, что влияет на ее шлифуемость.

Классификация стали в соответствии с легирующими элементами

Добавляя различные элементы, можно изменять свойства стали(легирование).

По составу стали делятся на углеродистые и легированные.

Углеродистые

  • низкоуглеродистые(до 0,25 % С)
  • среднеуглеродистые (0,3—0,6 % С)
  • высокоуглеродистые (от 0,7 и выше % С)

Легированные

  • низколегированные — до 4 % легирующих элементов
  • среднелегированные — до 11 % легирующих элементов
  • высоколегированные — свыше 11 % легирующих элементов

Нелегированная сталь с менее, чем 2 % углерода и других элементов обычно используется как конструкционная сталь или термообрабатываемая сталь.

Легированная сталь идет для изготовления различного инструмента: ударно-штампового, измерительного, режущего. К ней относятся быстрорежущие, твердосплавные, жаропрочные стали.

Нержавеющая сталь (INOX)

Хром как легирующий элемент обеспечивает стойкость стали к коррозии.

Условие: более 12 % содержания хрома

Хромированная сталь: 12 – 18 % Cr

Детали, подверженные воздействию воды или пара, например, бытовые приборы, детали внутреннего интерьера, стальные конструкции трубопроводов в нефтяной промышленности, пружины, винты, поршневые штоки, ножи, ножницы, лезвия бритв, хирургические инструменты.

Хромоникелевая сталь: 17 – 20 % Cr, 8 – 25 % Ni (сильные агрессивные среды, высокая ответственность продукции)

Инструменты и изделия в пищевой и химической промышленности, молочной промышленности, бумажной промышленности, в производстве безалкогольных напитков, в текстильной промышленности, фото и производстве потребительских товаров. 

Свойства нержавеющей стали

Плохая обрабатываемость нержавеющей стали предполагает затрату большего количества энергии для осуществления процесса резания материала и:

  • увеличивает температуру зерна и заготовки
  • увеличивает износ зерна
  • приводит к изменению цвета заготовки (прижег)

Как результат низкой удельной теплопроводности нержавеющей стали, тепло отводится из зоны резания весьма медленно. Концентрация тепла увеличивает температуру в зоне резания в значительной степени и:

  •  увеличивает износ зерна
  •  уменьшает срок службы
  •  приводит к изменению цвета заготовки (прижег)

Алюминий и сплавы

Алюминий — серебристо-белый лёгкий металл, податливый штамповке, коррозийно стойкий (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой).

Различают литейные и деформированные сплавы

Деформируемые сплавы:

  • предназначены для холодной штамповки, прессования, ковки и обработки резанием
  • для высоких  механических нагрузок

Литьевые сплавы:

  • с хорошими свойствами литья – позволяет создать сложные фасонные заготовки.
  • хорошая обрабатываемость

Недостаток алюминия — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (дюралюминий), кремнием (силумин).

Свойства алюминия

  • малый вес
  • хорошая обрабатываемость
  • стойкость к коррозии
  • высокая удельная теплопроводность
  • обрабатывается и деформируется
  • высокая электропроводность

Применение

  • теплоотводные устройства
  • пищевая промышленность
  • электротехника
  • трубный, листовой прокат
  • конструкционный материал

Особенности при шлифовке алюминиевых сплавов

  • Во время процесса шлифования алюминиевых сплавов, стружка остается на поверхности шлифматериала и в частности на верхушке зерна. Результат – «засаливание».
  • Алюминиевая пыль – горючий материал! Смесь алюминиевой пыли и атмосферного воздуха – взрывоопасна.

Медь и медные сплавы

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью против коррозии, низким коэффициентом трения.

Применение

  • теплоотводные устройства
  • электротехника
  • трубный, листовой прокат
  • ювелирные изделия

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем, бабиты — со свинцом и другие обладающие большей прочностью и пр.

Латунь

Латунь – это металл(медно-цинковый сплав) с хорошими свойствами полирования.

Различают литейные и деформированные сплавы

Медно-цинковые литейный сплавы:

  • отличная обрабатываемость                
  • хорошие литейные свойства
  • высокая прочность на растяжение

Медно-цинковые деформируемые сплавы:

  • хорошая обрабатываемость
  • подходят для холодной обработки деформацией
  • прочность и жесткость усиливаются операциями холодной деформации

Применение:

  • крепеж,
  • арматура,
  • детали машин,
  • конденсаторные трубы,
  • судостроение,
  • художественные изделия, фурнитура

Бронза

Бронза — сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка и никеля.

По сравнению с латунью, бронза имеет высокую стойкость к коррозии.

Различают литейные и деформированные сплавы

Медно-оловянные литейные сплавы:

  • хорошая обрабатываемость
  • хорошие литейные свойства
  • стойкие к морской воде
  • низкое трение

Медно-оловянные деформируемые сплавы:

  • подходят для холодной  и горячей обработки
  • прочность на растяжение и удлинение могут меняться в зависимости от процесса обработки

Применение:

  • Художественные изделия, фурнитура
  • Изготовления прецизионных деталей
  • Кораблестроения
  • Винтов и болтов
  • Подшипников скольжения

Титан и сплавы

Титан — легкий серебристо-белый металл. Преимущество титана как металла – в его огромной прочности, лёгком весе (на 66 % меньше стали) и его сопротивлении коррозии.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Титановая пыль имеет свойство взрываться

Титановые сплавы, содержащие 2-20 % алюминия, ванадия, олова, хрома или циркония, имеют следующие свойства:

  • легкий вес
  • высокие механические свойства
  • высокую стойкость к коррозии
  • стойкость к агрессивным химическим средствам
  • совместимость с организмом человека

Особые свойства  и применение титана

  • Титан характеризуется быстрой химической реакцией с кислородом, азотом, водородом и углеродом при высоких температурах; материал становится хрупким.
  • Низкая удельная теплопроводность титана вызывает концентрацию тепла в зоне образования стружки и, тем самым, увеличивает температуру заготовки и зерна.
  • Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

Применение:

  •  изготовление лопатки турбин
  •  аэрокосмическая промышленность
  •  автомобильная промышленность
  •  оптическая промышленность             
  •  морская промышленность
  •  ядерная промышленность
  •  химическая промышленность
  •  изготовление протезов и имплантатов
  • изготовление измерительных инструментов
  •  изготовление ювелирных изделий
  •  изготовление клюшек для гольфа