За тысячи лет человечество накопило грандиозный опыт в сфере обработки металлов. И сегодня мы предпримем попытку обобщить его в этой статье, дать представление о свойствах и применении основных видов материалов, которые используются в современной металлообрабатывающей промышленности.
Чугун
Чугун – это сплав железа с углеродом (содержанием обычно более 2,14%). В зависимости от химического состава и термообработки, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Как правило, чугун хрупок.
Белые чугуны обладают настолько высокой твердостью, что не могут обрабатываться режущим инструментом. В основном они используются для получения более применимых в металлообработке серого и ковкого чугуна, а также стали.
Для высокопрочного чугуна используются легирующие добавки (никель, хром, магний и др.).
Свойства:
- Невысокая стоимость;
- Хорошие литейные свойства;
- Достаточно высокая прочность;
- Износостойкость на трение.
Применение:
- Художественное (парковая скульптура, решётки, ограды, садовая мебель и пр.);
- Конструкционное (колонны, отопительные батареи, водопроводные и канализационные трубы, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и блоки двигателей, зубчатые колеса и другие детали).
Сталь
Сталь – это основной материал в современной металлообработке. От других металлов сталь отличается разнообразием уникальных свойств, которые обеспечивают ее широчайшее применение и востребованность. Как правило, сталь различают на конструкционную и инструментальную. Первая отличается ярко выраженными механическими свойствами и используется для изготовления различных металлоконструкций, а главное качество второй – значительное сопротивление износу, которое позволяет успешно применять ее для производства всех типов инструментов.
С помощью термообработки (нагрев, охлаждение) сталь может менять свою кристаллическую структуру и механические свойства, что влияет на ее податливость при шлифовке и резке.
Классификация стали в соответствии с легирующими элементами
Добавляя в сплав различные элементы, можно изменять свойства стали. По составу стали делятся на углеродистые и легированные, которые также классифицируются в зависимости от содержания углерода и легирующих элементов.
Углеродистые
- Низкоуглеродистые (до 0,25% С);
- Среднеуглеродистые (0,3-0,6% С);
- Высокоуглеродистые (от 0,7% С и выше).
Легированные
- Низколегированные (до 4% легирующих элементов);
- Среднелегированные (до 11% легирующих элементов);
- Высоколегированные (свыше 11% легирующих элементов).
Легированная сталь, к которой относятся быстрорежущие, твердосплавные и жаропрочные стали, применяется для изготовления различного инструмента: ударно-штампового, измерительного, режущего.
Нелегированная сталь с менее чем 2% углерода и других элементов в составе обычно используется как конструкционная или термообрабатываемая сталь.
Нержавеющая сталь (INOX)
К нержавеющим сталям относят сплавы, стойкие к коррозии на открытом воздухе и в агрессивных средах. Легирующим элементом в данном случае выступает хром. Нержавеющие стали разделяют на хромированные (12-18% Cr) и хромоникелевые (17-20% Cr, 8-25% Ni).
Хромированные стали применяются для изготовления деталей, подверженных воздействию воды или пара. Например, бытовых приборов, деталей внутреннего интерьера, стальных конструкций трубопроводов в нефтяной промышленности, пружин, винтов, поршневых штоков, ножей, ножниц, лезвий бритв и хирургических инструментов.
Хромоникелевые стали остаются устойчивыми к коррозии даже в сильных агрессивных средах. Их используют для изготовления продукции особо высокой ответственности. К ней относятся изделия, применяемые в пищевой, химической, молочной, бумажной, текстильной промышленности, производстве безалкогольных напитков, потребительских товаров.
Обработка нержавеющей стали
Нержавеющая сталь отличается плохой обрабатываемостью, в частности, она требует большего количества энергии для резания и шлифовки, повышает температуру инструмента и заготовки, увеличивает износ абразивного зерна и способствует возникновению прижогов из-за низкой теплопроводности.
Именно поэтому для обработки нержавеющей стали рекомендуется использовать специальные абразивные инструменты, разработанные непосредственно для этого материала. Благодаря особенностям зерна и связки они успешно справляются с сопротивлением нержавеющей стали, не оставляют прижогов и, в отличие от обычных отрезных и шлифовальных кругов, исключают дальнейшую коррозию обрабатываемой заготовки.
Алюминий и сплавы
Алюминий – серебристо-белый лёгкий металл, хорошо поддающийся штамповке и стойкий к коррозии.
Различают литейные и деформируемые алюминиевые сплавы. Деформируемые сплавы предназначены для холодной штамповки, прессования, ковки и обработки резанием, они сохраняют свойства при высоких механических нагрузках.
Литейные сплавы позволяют создавать сложные фасонные заготовки и хорошо поддаются обработке.
Главный недостаток алюминия – малая прочность, для увеличения которой этот металл обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (дюралюминий) или кремнием (силумин).
Свойства
- Малый вес;
- Хорошая обрабатываемость;
- Стойкость к коррозии;
- Высокая удельная теплопроводность;
- Склонность к деформации;
- Высокая электропроводность.
Применение
- Теплоотводные устройства;
- Изделия, применяемые в пищевой промышленности;
- Электротехника;
- Трубный, листовой прокат;
- Металлоконструкции.
Обработка алюминиевых сплавов
Алюминий хорошо поддается обработке, однако при его шлифовке и резании образуется крупная стружка, которая налипает на инструмент, вызывая его засаливание. Поэтому при работе с алюминиевыми заготовками используются специальные абразивные материалы, предотвращающие засаливание, или обычные материалы, но на более низких скоростях.
Особое внимание при обработке алюминия необходимо уделять безопасности, так как образующаяся в процессе алюминиевая пыль – чрезвычайно горючий материал, который в смеси с атмосферным воздухом может взрываться.
Медь и медные сплавы
Медь – золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии, низким коэффициентом трения.
Применение
- Теплоотводные устройства;
- Электротехника;
- Трубный, листовой прокат;
- Ювелирные изделия.
Существует ряд сплавов меди: латунь (медь+цинк), бронза (медь+олово и другие элементы), мельхиор (медь+никель), бабит (медь+свинец) и пр.
Латунь
Латунь – это металл (медно-цинковый сплав) с хорошими свойствами полирования.
Различают литейные и деформируемые медно-цинковые сплавы. Литейные отличаются хорошей обрабатываемостью, высокими литейными свойствами, прочностью на растяжение. Деформируемые также хорошо обрабатываются, подходят для холодной обработки деформацией, отличаются прочностью и жесткостью, которые усиливаются операциями холодной деформации.
Применение
- Крепеж;
- Арматура;
- Детали машин;
- Конденсаторные трубы;
- Судостроение;
- Художественные изделия;
- Фурнитура.
Бронза
Бронза – сплав меди с оловом как основным легирующим элементом. Также бронзу получаются соединением меди с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами кроме цинка и никеля. По сравнению с латунью, бронза имеет высокую стойкость к коррозии.
Различают литейные и деформируемые медно-оловянные сплавы. Литейные сплавы отличаются хорошей обрабатываемостью, высокими литейными свойствами, стойкостью к морской воде, низким трением. Деформируемые сплавы подходят для холодной и горячей обработки, в зависимости от метода обработки изменяют уровень прочности на растяжение и удлинение.
Применение
- Художественные изделия;
- Фурнитура;
- Прецизионные детали;
- Кораблестроение;
- Крепеж;
- Подшипники скольжения.
Титан и сплавы
Титан – легкий серебристо-белый металл. Преимущество титана как металла в его огромной прочности, легкости (на 66% меньше стали) и сопротивлении коррозии.
При обычной температуре титан покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, что делает его устойчивым к коррозии в большинстве сред (кроме щелочной).
Титановые сплавы, содержащие 2-20 % алюминия, ванадия, олова, хрома или циркония, имеют следующие свойства:
- Легкость;
- Высокие механические свойства;
- Высокая стойкость к коррозии;
- Стойкость к агрессивным химическим средствам;
- Совместимость с организмом человека.
Особые свойства и применение титана
Титан характеризуется быстротой химической реакции 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 абразива.
Титан отличается высокой вязкостью. При механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, поэтому при работе с титаном требуется нанесение специальных покрытий и различных смазок на инструмент.
Применение
- Производство турбинных лопаток;
- 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.
