Общие сведения о металлах и изделиях из них
Металлы находят широкое применение в производстве товаров хозяйственного назначения, транспортных средств, мебели, строительных материалов. Это объясняется их высокими технологическими и эксплуатационными показателями.
К основным представителям металлохозяйственных товаров относятся металлическая посуда, ножевые изделия и столовые приборы, ручные инструменты, приборы для окон и дверей.
Металлы — материалы кристаллической структуры, обладающие рядом специфических свойств: металлическим блеском; высокой электропроводностью и теплопроводностью; положительным температурным коэффициентом электросопротивления; электронной эмиссией; при нормальных условиях находятся в твердом состоянии (исключением является ртуть).
По внешнему виду металлы подразделяются на черные и цветные. К черным металлам относят железо и сплавы на его основе, остальные металлы принято относить к цветным.
Черные металлы, используемые в производстве хозяйственных товаров, представлены двумя сплавами: сталью (сплав железа с углеродом, с содержанием последнего не более 2,14%) и чугуном (сплав железа с углеродом, с содержанием последнего более 2,14%).
Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах.
Сталь получают из чугуна путем выжигания из него избытка углерода кислородом воздуха.
Стали классифицируют:
• по назначению: конструкционные и инструментальные;
• по качеству (содержание вредных примесей: серы и фосфора): обычного качества, качественные и высококачественные);
• по составу: углеродистые и легированные (вводятся легирующие компоненты: хром, никель, вольфрам, титан и др., примером таких сталей может служить нержавеющая сталь).
Стали обладают пластичностью, но при этом могут иметь и высокую твердость, которая с увеличением концентрации углерода возрастает. Свойства сталей могут корректироваться термической обработкой.
Чугуны подразделяют на: белые (передельные); серые (литейные); ковкие; высокопрочные и легированные. Наибольшее применение в производстве хозяйственных товаров имеют серые чугуны (СЧ). Чугуны обладают большей твердостью и меньшей пластичностью в сравнении со сталями.
Цветные металлы классифицируют:
• по объемной массе: легкие и тяжелые (границей выступает значение 5 г/см3);
• по температуре плавления: легкоплавкие (с температурой плавления до 1539°С) и тугоплавкие;
• по химической стойкости: благородные, или химически стойкие (платина, золото, серебро, металлы платиновой группы: палладий, осмий, родий, рутений и иридий) и химически нестойкие (все остальные).
Для изготовления бытовых хозяйственных товаров наиболее широко применяются алюминий и медь и сплавы на их основе.
Алюминий — металл серебристо-белого цвета (марки А), легкий, легкоплавкий, обладает высокой электропроводностью (уступает лишь серебру и меди) и химической стойкостью (на поверхности образуется защитная оксидная пленка). Для производства бытовых товаров хозяйственного назначения используют алюминий технической чистоты и сплавы: деформируемые (основной представитель — дюралюминий (марка АД, Д) — сплав алюминия с медью) и литейные (основной представитель — силумин (марка АК, AJI) — сплав алюминия с кремнием).
Медь — металл красно-розового цвета (марки М), легкоплавкий, тяжелый, пластичный, высоко электропроводный, хорошо паяется и сваривается. Ввиду малой механической прочности меди широкое распространение получили медные сплавы: латунь (слав меди и цинка, марки JI), бронза (сплавы меди с другими металлами при условии, что цинк не является основной добавкой; оловянные — БрО, безоловянные — БрА, БрАМ и др.), мельхиор (сплав меди и никеля, марка МН-19), нейзильбер (сплав меди никеля и цинка — МНЦ-15-20).
Ряд цветных металлов применяется для получения защитно-декоративных покрытий и в качестве легирующих компонентов (цинк, олово, никель, хром, титан и др.).
Процесс производства металлоизделий обычно включает следующие этапы: формование и обработку изделий или их элементов; сборку изделий; нанесение защитно-декоративных покрытий и декорирование.
В производстве металлоизделий применяют: литье, пластическое формование, обработку резцами и абразивами.
При литье расплавленный металл заливают в земляные (земляное литье) или металлические (кокильное литье) формы, после охлаждения и затвердевания металл приобретает очертания формы. Методом литья получают изделия из чугуна, литьевых сплавов алюминия, бронзы.
Пластическое формование включает ряд способов, основными из которых являются следующие: прокатка (обработка холодного или горячего металла путем пропускания между вращающимися валами); ковка (деформация металла ударами молота); штамповка (формование изделия с помощью матрицы и пуансона), различают листовую, объемную и вытяжную штамповку, вырубку, гибку, пробивку; волочение (применяют в производстве труб и проволоки); обработка на давильных станках (в основном используют для получения изделий с горловиной: бидоны, чайники и др.).
Обработка резцами и абразивами включает следующие виды: точение; фрезерование; сверление; рубку; опиловку (обработка напильниками); крацовку (обработка вращающимися металлическими щетками); галтовку (обработка во вращающихся барабанах совместно с абразивами); пескоструйную и гидроабразивную обработки, шлифование, притирку, полирование.
Отдельные элементы составных изделий соединяются с помощью разъемных (винтовые, шпоночные, штифтовые) и неразъемных соединений (сварка, пайка, клепка, сшивка).
Нанесение защитно-декоративных покрытий. В связи с невысокой коррозионной стойкостью многих металлов и сплавов на их поверхность наносят защитные покрытия. По своей природе все покрытия можно подразделить на металлические, неметаллические и оксидные.
К металлическим покрытиям относят покрытия хромом, никелем, цинком, оловом (лужение) и другими металлами. Наносятся покрытия горячим способом (путем погружения изделия в расплав металла); плакированием (сцепление методом совместной прокатки основного и покровного металлов); химическими и электрохимическими способами.
Неметаллические покрытия включают покрытия органического происхождения (лакокрасочные, смазочные, полимерными пленками), которые обычно не обладают высокой механической, термической стойкостью и неорганического происхождения (покрытия силикатной эмалью, фосфатирование).
Нанесение оксидных покрытий (оксидирование) применяется для защиты изделий их черных металлов ("воронение"), изделий из алюминия и его сплавов (травление, анодирование). Данные виды покрытий могут дополняться осветлением, покрытиями эмалью, красочными составами.
К специальным видам декорирования металлоизделий относят: деколь; шелкографию; трафарет; аэрографию (тонирование); гравировку (рельефное украшение изделия за счет снятия поверхности металла механическим, химическим или электрохимическим способами); чеканку (рельефный рисунок, полученный с помощью деформации металла); филигрань (ажурный или накладной декор, образованный проволочками или шнурами чаще из серебра или золота); чернь (сернистые соединения металлов образуют серо-черную пленку чаще на рельефных элементах изделий, под "старинное серебро").
Выбор вида металла (сплава), способ выработки, вариант защитно-декоративного покрытия и декорирования оказывают существенное влияние на показатели потребительских свойств и цену готового изделия.