04.11.2026.
Тема програми № 2. Основні відомості про метали і сплави
Тема уроку № 2. Основні властивості металів: фізичні, хімічні, механічні,
технологічні.
Працюємо з
підручником:
(СС – I) Основи
слюсарної справи навчальний посібник: / Попов А.Ф., Пахар Т.В., Паржицький
О.В., Шулепіна Г.Ю./ Чернівці: Букрек, 2020. 224с:іл.
Опрацювати
матеріал.
1. Матеріали
сучасного машинобудування.
2. Властивості
металів.
3. Методи
визначення твердості металів.
Д.З., Оформити
конспект. Відповісти на питання:
1. За яким
властивостями поділяють метали?
2. Опишіть фізичні
властивості металів.
3. Опишіть хімічні
властивості металів.
4. Опишіть
механічні властивості металів.
5. Опишіть технологічні
властивості металів.
Метали і сплави є основними матеріалами сучасного машинобудування. Щоб правильно
вибрати матеріал для виготовлення різних деталей машин та інструментів, треба
знати властивості металів.
Так, наприклад, для виготовлення ріжучих
інструментів потрібні міцні, тверді і витривалі металеві матеріали. Цим вимогам
відповідають швидкорізальні сталі, тверді сплави та ін.
Всі властивості металів діляться на
фізичні, хімічні, механічні та технологічні.
Фізичні властивості металів і сплавів
визначаються кольором, питомою вагою, щільністю, температурою плавлення,
тепловим розширенням, тепло- і електропровідністю, а також магнітністю.
Фізичні
властивості металів обумовлені будовою металевої кристалічної ґратки. У вузлах
ґраток розміщуються атоми і позитивні іони металів, пов'язані за допомогою
поєднаних зовнішніх електронів, які належать усьому кристалу.
Фізичні
властивості металів характеризуються цілком певними числовими значеннями -
«фізичними постійними».
Кольором називають здатність металів
відображати світлове випромінювання з певною довжиною хвилі. Наприклад, мідь
має рожево-червоний колір, алюміній - сріблясто-білий.
Щільність металу характеризується його
масою, закладеною в одиниці об'єму. За щільністю всі метали ділять на легкі
(менше 4,5 г/см3) і важкі. Ось чому в галузях авіабудування широко
застосовуються сплави на основі алюмінію і магнію.
Температурою плавлення називають
температуру, при якій метал переходить з твердого стану в рідкий. За
температурою плавлення розрізняють тугоплавкі метали (вольфрам 3416ºС, тантал
2950ºС, титан 1725ºС) і легкоплавкі (олово 232ºС, свинець 327ºС). Температура
плавлення має велике значення при виборі металів для виготовлення литих
виробів, зварювальних і паяних з'єднань, термоелектричних приладів та інших
виробів.
Теплопровідністю називають здатність
металів передавати тепло від більш нагрітих до менш нагрітих ділянок тіла.
Тепловим розширенням називають
здатність металів збільшуватися в розмірах при нагріванні і зменшуватися при
охолодженні. Теплове розширення характеризується коефіцієнтом лінійного
розширення.
Теплоємність різних металів порівнюють
за величиною питомої теплоємності - кількості тепла, вираженого у великих
калоріях, потрібного для підвищення температури 1 кг металу на 1ºС.
Електропровідністю називається
здатність металів проводити електричний струм, який є впорядкованим рухом
вільних електронів. Хороша електропровідність потрібна, наприклад, для
струмопровідних проводів.
Електричний опір - це здатність металів
протидіяти проходженню через них електричного струму.
Електричний опір металів є результатом
зіткнення рухомих електронів з атомами й іонами.
Високий
електричний опір властивий сплавам нікелю і хрому (ніхроми), тому з них
виготовляють нагрівальні пристрої електричних печей, опору і спіралі
електронагрівальних приладів. Високий електричний опір вольфраму
використовується для виготовлення з нього нитки розжарення електричних ламп.
Магнітні властивості характеризуються
абсолютною магнітною проникністю або магнітною постійною, тобто здатністю
металів намагнічуватися.
Високі магнітні
властивості мають залізо, нікель, кобальт і їхні сплави, які називають
феромагнітними. Матеріали з магнітними властивостями застосовують в
електротехнічній апаратурі для виготовлення магнітів. У решти металів і сплавів
магнітні властивості виражені вкрай слабо, тому практично вони вважаються
немагнітними.
При хімічних же явищах відбувається
перетворення металів в інші речовини з іншими властивостями.
Хімічні властивості характеризують
здатність металів і сплавів опиратися окисленню або вступати у з'єднання з
різними речовинами – киснем повітря, розчинами кислот, лугів та ін.
Хімічне руйнування металів під дією на
їхню поверхню зовнішнього агресивного середовища називають корозією.
Корозія металів може відбуватися в
атмосфері, в агресивних середовищах (розчинах кислот, лугів, солей), в сухих
газах при високих температурах. Результати корозії металів можна спостерігати,
наприклад, у вигляді іржі на сталі і чавуні, зеленого нальоту на міді, білого
нальоту на сплавах алюмінію.
Залежно від корозійної стійкості в тому
чи іншому середовищі металеві матеріали поділяють на кілька груп:
а) Корозійностійкі
(нержавіючі) матеріали, стійкі до корозії в атмосфері, ґрунті, в морській і прісній
воді та в інших середовищах;
б) Жаростійкі
(окалиностійкі) матеріали, стійкі до корозії в газових середовищах при
температурах вище 550ºС і працюють в ненавантаженому або слабо навантаженому
стані;
в) Жароміцні
матеріали, що працюють в навантаженому стані при високих температурах протягом
визначеного часу, і які володіють при цьому достатньою жаростійкістю;
г) Кислотостійкі
матеріали, стійкі проти корозії в агресивних кислотних середовищах (в сірчаної,
соляної, азотної, фосфорної кислотах і їх сумішах різної концентрації).
Хімічні
властивості металів обов'язково враховуються при виготовленні тих чи інших
виробів.
Механічними властивостями металів
називається сукупність властивостей, що характеризують здатність металевих
матеріалів чинити опір впливові зовнішніх зусиль (навантажень).
До механічних властивостей металевих
матеріалів належать: міцність, твердість, пластичність, пружність, в'язкість і
крихкість.
Ці властивості
можуть бути виявлені тільки під дією зовнішніх навантажень на тіла.
Існує багато типів
механічних випробувань металів, залежно від способу додатків та дії зусиль.
Зовнішні сили можуть бути статичними, динамічними чи циклічними (повторно-
змінними).
Мета механічних
випробувань - визначити міцність металів, їх пружність, пластичність, твердість
та інші властивості, важливі з точки зору вибору металів для виготовлення
виробів.
Важливе місце
серед механічних випробувань займають статичні випробування на розтяг, за
допомогою яких можна оцінювати міцність, пружність, пластичність металів і
сплавів.
Міцність - це здатність матеріалу
чинити опір дії зовнішніх сил без руйнування.
Пружність - це здатність матеріалу
відновлювати свою первинну форму і розміри після припинення дії зовнішніх сил,
що викликають деформацію.
Пластичність - це здатність матеріалу
змінювати свою форму і розміри під дією зовнішніх сил, не руйнуючись, і
зберігати отримані деформації після припинення дії зовнішніх сил.
Статичним випробуванням на розтяг
піддають зразки стандартної форми і розмірів на спеціальних розривних машинах.
Розтягують зусилля розривної машини, викликають подовження зразка аж до його
руйнування.
Твердість - це здатність матеріалу
чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого тіла. Твердість є одним
з найважливіших механічних властивостей металів.
На практиці
найбільшого поширення набули такі методи визначення твердості металів:
Втиснення сталевої
кульки (Метод Брінелля).
Метод Брінелля
полягає у втисненні в поверхню випробуваного металу – сталевої загартованої
кульки під дією навантаження Р. Після зняття навантаження на поверхні
випробуваного зразка, заготовки або деталі залишається відбиток, що має форму
кульового сегмента. Чим твердіший метал, тим меншою буде величина відбитка.
Твердість за Брінеллем позначається НВ. Вона визначається як відношення
навантаження Р на кульку до площі відбитка F. На приладі Брінелля
використовують кульки діаметром 2,5; 5 і 10 мм.
Визначення
твердості металів за методом Брінелля має ряд важливих недоліків. Наприклад, на
приладі Брінелля не можна випробовувати загартовану сталь (НВ> 450), так як
при цьому деформується кулька і покази приладу стають неправильними. За
Брінеллем не можна випробовувати зразки після хіміко-термічної обробки -
цементації, азотування тощо - через недостатню товщину цементованого або
азотованого шару.
Це викликало
необхідність створення інших, більш універсальних методів визначення твердості
металів.
04.11.2026р.
Тема програми № 1: Вступ. Історія
обробки металів
Тема уроку № 1: Історія обробки металів. Значення
якісної обробки металів.
Працюємо
з підручником:
(СС
– I) Основи слюсарної справи навчальний посібник: / Попов А.Ф., Пахар Т.В.,
Паржицький О.В., Шулепіна Г.Ю./ Чернівці: Букрек, 2020. 224с:іл.
(СС
– I) сторінка 3.
Опрацювати матеріал.
1.
Історія металів в житті людини.
2.
Металообробка.
3.
Слюсар.
Д.З.,
Оформити конспект. Відповісти на питання:
1.
Кого називали слюсарем і звідки пішла ця
назва?
2.
Що називають металообробкою?
3.
Опишіть методи обробки металів.
4.
Наведіть приклади деталей з різними методами обробки металів.
Перші метали в житті людини. Метали
відносяться до числа найбільш поширених матеріалів,
які людина використовує для забезпечення своїх життєвих потреб. На
протязі багатьох років людина оточувала себе металевими предметами
домашнього вжитку, зброєю і прикрасами. Тому історію освоєння металів слід
розглядати на фоні історичного розвитку людства.
Метали
з’явились в людини не зразу, не в результаті якогось революційного стрибка,
вони з’явились поступово на протязі перехідного періоду між кам’яним віком і
віком металів.
В
палеоліті, початок якого відділений на сотні тисяч років від нас, людина не
знала металу, їй тільки траплялися шматки металу (самородки), які вона
використовувала, в основному, як прикраси. Людина помітила, що на відміну від
крихкого каміння, такі шматки піддаються куванню. Але про техніку обробки
металів не було ще й мови. Тому можна зробити висновок: людині спочатку стало
відомо золото, потім срібло, бронза і, нарешті, залізо. Правда,
з золота неможливо зробити зброю, але знайомство з ним принесло людям
досвід роботи з
металом. Прикладом цього може
бути гробниця фараона Тутанхамона, який помер в 1350 році до нашої
ери. Вага лише одного саркофагу становила близько 110,4 кг золота. Важко собі
уявити, що б знайшли сучасні археологи в гробницях
великих фараонів, якщо б їх не пограбували.
В
той час золото плавили в горнах, і майстер виливав
розплавлене золото із тигля в форму, яка стояла на землі. Подача повітря до
горнів виконувалася за допомогою трубок і легенів людини. Для кування металу
застосовувалося каміння.
Після
золота людина зустрілась з міддю, яка також знаходиться в природі у вигляді
самородків. Тому зараз вчені вважають, що перед бронзовим віком йшов
кам’яно-мідний. З міді виготовляли наконечники для стріл і
списів. Люди відкрили, що зміцнену холодним
куванням мідь знову можна зробити м’якою, якщо нагріти її
на вогні. Потім люди навчились плавити мідь і виливати
її в форми так, як і золото. Мідна сокира, яка була вилита у відкриту форму,
була знайдена близько 4000 років до нашої ери, мідний котел, діаметром
0,5 м був знайдений в гробниці фараона Перибсена (2695–2665 рік до нашої
ери). З’явилися постійні форми, в які можна багато разів розливати метал. Люди
навчились паяти мідь срібним дротом.
При
всіх своїх перевагах, мідь мала великий недолік: мідна зброя і інструменти,
наприклад ножі, швидко затуплювалися. Навіть в холоднозміцненому стані міцність,
зносостійкість та інші властивості міді були настільки високі, що вони могли
повністю замінити кам’яні. Вирішальний крок в цьому напрямку дозволив зробити
сплав міді – бронза.
Бронзовий
вік. Якщо
до міді добавити олово, то отримаємо сплав, який називається олов’яниста
бронза. Крім неї існують і інші бронзи: свинцевиста бронза, миш’яковиста
бронза, сурмиста бронза і т. ін.
Головна перевага бронзи
в порівнянні з міддю полягає в кращих її ливарних властивостях, більшій
твердості і міцності, а також в більшій міцності в результаті холодної
деформації.
Датський
знавець древньої історії Христіан Юргенс Томсон (1788–1865 рр.), основоположник
Національного музею в Копенгагені, систематизував
всі археологічні знахідки в хронологічному порядку і прийшов до
звичного для нас ділення старовинної історії на три періоди: кам’яний
вік, бронзовий вік і залізний вік.
Бронзовий
вік, його металургія і металообробка зародилися в перших
великих культурних центрах – в долинах річок Тигр, Євфрат і Ніл. В
той час бронзу плавили в тиглях, які нагрівали деревним вугіллям. Необхідну
температуру підтримувало роздування вогнища міхами, які замінили скляні трубки.
Виготовлення бронзових дверей храмів, прикрас, зброї і предметів вжитку
говорять про набуті певні знання і навички металургів. Великий попит
на бронзу стимулював розвиток гірничого ремесла, а також торгівлі.
Залізний
вік. Можна
передбачити, що перше залізо людина отримала з космосу, у вигляді метеоритів. Саме таке
залізо знайдено в Єгипті, відноситься воно до IV тисячоліття до нашої
ери і представляє собою намисто з прокованих
смуг метеоритного заліза. Метеоритний метал легко відрізнити
від заліза земного походження, тому що він має 8…10%
нікелю. Метеоритне залізо обробляли так як і мідь (при холодному
куванні воно набуває необхідну форму і одночасно підвищує свою міцність і
твердість). Для повернення металу міцності його необхідно відпалити у
вогні.
В
ті часи залізо було оточене ореолом таємності, його називали "небесною
міддю". Єгиптяни завжди зображали залізні предмети синім кольором неба. Це
збереглося навіть і тоді, коли залізо почали отримувати із руд (воно
почало мати земне походження).
Навіть
в наші дні можна знайти ножі і наконечники, які зроблені із метеоритного
заліза. Американський полярний дослідник Роберт Едвін Пірі
(1856–1970) в звіті про експедицію в Гренландію писав
про зустріч з ескімосом, який привів його до великого метеориту,
поблизу мису Йорк. Метеорит сторіччями
слугував ескімосам джерелом матеріалу для виготовлення зброї і
інструментів. Вони просто відбивали від нього куски і без всякого
нагрівання надавали йому необхідної форми куванням.
Залізний метеорит важив біля 37 тон.
В
II тисячолітті до нашої ери залізо було в 15–20 разів дорожчим за мідь.
Поступово ціна на нього падала. Залізо не витіснило бронзу. Один із
ассірійських царів, який жив три тисячі років тому, славився своїми залізними
скарбами, які були для нього дорожчими золота.
Металообро́бка (англ. metalworking) —
спільна назва низки технічних дисциплін і технологічних процесів,
пов'язаних із вивченням та використанням методів і способів обробки металів
(сплавів) у закінчені вироби або елементи машин із застосуванням відповідного
обладнання, верстатів, інструментів та режимів впливу на об'єкт обробки.
Під
час технологічних процесів обробки металів різними методами змінюються форма і
розмір об'єкту, а також можуть змінюватися фізико-механічні властивості
металів.
Для
обробки металів з метою їх зміни й досягнення поставлених цілей застосовуються
різні методи обробки металів. Залежно від технологічних операцій, що
застосовуються для надання виробам з металу певної форми,
розмірів, шорсткості поверхні, точності, а також необхідних якостей і
властивостей способи поділяються на види:
· лиття;
· обробка
тиском (кування, вальцювання, штампування та ін.);
· механічна
обробка за допомогою різних металорізальних верстатів та інструментів
(точіння, свердління, фрезерування тощо);
· термічна
обробка (гартування, відпуск та ін.);
· зварювання і паяння;
· хімічна
і електролітична обробка (нанесення різних захисних і декоративних покриттів)
· газотермічне
напилювання тощо.
Немає коментарів:
Дописати коментар