§ 14. Свойства чёрных и цветных металлов. Свойства искусственных материалов

Металл как конструкционный материал играет огромную роль в жизни человека.

В 5 классе вы ознакомились с тонколистовым металлом и проволокой, с технологиями их получения и обработки, изготовили изделия из этих материалов. Однако не все задуманные вами в 6 классе творческие проекты можно выполнить, опираясь лишь на полученные ранее знания и умения.

Чтобы изготовить проектное изделие из металла, вам необходимо продолжить изучение свойств чёрных и цветных металлов, способов и приёмов резания, рубки и опиливания металлических заготовок.

Прежде чем приступить к изготовлению какого-либо изделия, нужно выбрать наиболее подходящий для него материал. Металлы в технике применяют, как правило, не в чистом виде, а в виде сплавов. Их получают путём смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определённом соотношении. Правильно выбрать для изготовления изделия металл или сплав можно лишь зная его свойства.

Каждый металл и сплав обладает определёнными механическими и технологическими свойствами.

К механическим свойствам относят прочность, твёрдость, упругость, пластичность.

Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит, они обладают достаточной прочностью.

Твёрдость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого материала. Например, если в стальной или медной пластине сделать лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь твёрже меди.

Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия на него внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре её поместить небольшой груз, то она немного прогнётся, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это доказывает, что материал, из которого сделана линейка, обладает упругостью.

Пластичность — способность изменять форму под действием каких-либо нагрузок не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотеку-честь, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности.

Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму, что позволяет получать плотные отливки.

Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава поддаваться обработке резанием разными инструментами.

Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии (ржавчине).

Все металлы и сплавы подразделяют на чёрные и цветные (рис. 58). К чёрным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.

Рис. 58. Металлы: а — алюминий; б — медь; сплавы металлов: в — сталь; г — чугун; д — латунь; е — бронза

Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом — более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2 %, то такой сплав называется сталью (см. рис. 58, в). Если углерода от 2 до 6,7 %, то это — чугун (см. рис. 58, г).

В зависимости от свойств стали делят на конструкционные и инструментальные. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций. Инструментальные стали имеют в своём составе хром, вольфрам и другие металлы, поэтому они обладают очень высокой твёрдостью. Из них изготовляют режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для производства изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун отличается хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают сложные и качественные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

Наиболее распространённые цветные металлы — это алюминий и медь (см. рис. 58, а, б).

Алюминий — лёгкий металл серебристого цвета, широко используемый. Он хорошо сопротивляется коррозии и его легко обрабатывать. Алюминий и его сплавы применяют в авиации, электротехнике, строительстве, быту и т. п.

Медь — металл красного цвета. Это пластичный материал, хорошо проводящий электрический ток. Он легко поддаётся обработке и устойчив к коррозии. Из меди делают электрические провода и другие электротехнические изделия.

Из цветных сплавов широко используются в технике латунь, бронза (см. рис. 58, д, е), дюралюминий и др.

Латунь — сплав меди с цинком, жёлтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твёрдостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности, и в электротехнике.

Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, жёлтокрасного цвета. Имеет высокую прочность, твёрдость, хорошо режется и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колёс, в электротехнике, для отливки художественных изделий (например, скульптур, украшений и других изделий).

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо поддаётся обработке, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются лёгкие и прочные конструкции.

В 5 классе вы кратко ознакомились с искусственными материалами — пластмассами, состоящими из сложных веществ — полимеров, получаемых на предприятиях химической промышленности. Эти материалы при изготовлении (формовании) изделий нагревают, в результате чего они становятся пластичными, а при охлаждении — стеклообразными.

Кроме полимера, пластмассы содержат добавки: наполнители, пластификаторы, красители и др. Наполнители необходимы для придания пластмассе таких свойств, как прочность и устойчивость к высоким температурам. Пластификаторы повышают пластичность материала, а красители позволяют окрасить пластмассу в разные цвета.

Пластмассы хорошо обрабатываются, поэтому из них изготовляют разнообразные изделия: посуду, бытовые приборы, мебель, трубы, спортивный инвентарь, предметы интерьера и многое другое.

Новые слова и понятия

Свойства металлов: механические (прочность, твёрдость, упругость, пластичность), технологические (ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость, коррозионная стойкость); чёрные металлы (сталь, чугун); цветные металлы (алюминий, медь, латунь, бронза, дюралюминий); полимеры.

Проверяем свои знания

1. Что такое сплав?
2. Назовите механические свойства металлов и сплавов.
3. Назовите технологические свойства металлов и сплавов.
4. Для чего нужно знать свойства металлов и сплавов?
5. Какие сплавы относятся к чёрным?
6. Почему металлы нужно экономно расходовать?
7. Какими свойствами обладают пластмассы?

§ 15. Сортовой прокат

Для изготовления изделий, кроме тонколистового металла и проволоки, используют выпускаемый промышленностью сортовой прокат. Его получают прокаткой (обжатием) нагретых слитков металла между вращающимися валками прокатного стана. Профиль проката (вид с торца) зависит от формы валков. Если они гладкие — получается лист или полоса, если имеют полукруглые канавки — прокат круглого сечения и т. д.

На рисунке 59 показаны основные прокатные профили. Из шестигранного прутка делают болты и гайки, из круглого на токарных станках — различные детали. Уголковый профиль применяют при изготовлении стеллажей, рам, каркасов и т. д.

Рис. 59. Профили сортового проката: а — квадрат; 6 — полоса; в — шестигранник: 1 — круг; д — уголок; е — тавр; ж — швеллер; з — двутавр

Сортовой прокат, так же как и листовой металл и проволока, является промышленным продуктом, предназначенным для дальнейшей обработки. Часто форму будущей детали приближают к форме сортового проката, что позволяет уменьшить отходы металла и время изготовления детали.

Найдите в Интернете информацию или посмотрите видео, как получают сортовой прокат на металлургических комбинатах. Если есть возможность, сходите на экскурсию на такое предприятие.

Новые слова и понятия

Сортовой прокат, профиль проката.

Проверяем свои знания

1. Что такое сортовой прокат?
2. Каким образом получают нужный профиль проката?
3. Назовите основные профили сортового проката.
4. Из какого проката изготовлены кернеры, свёрла, чертилки, резцы рубанка, болты?
5. В чём преимущество П-образного профиля перед листовым (по результатам выполнения пп. 5, б практической работы № 15)?