На главнуюТексты книг БКАудиокниги БКПолит-инфоСоветские учебникиЗа страницами учебникаФото-ПитерНастрои СытинаРадиоспектаклиКнижная иллюстрация





Библиотечка «За страницами учебника»
Термист в школе. Карпов Л. П. — 1963 г.

Леонид Павлович Карпов

Термист в школе

*** 1963 ***



DjVu

 

Полный текст книги

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3
Немного истории 5
Первые металлы 5
Тайну раскрыл русский инженер 7
Наука о металлах 8
Оборудование для термообработки 12
Камерные печи 12
Печь для отпуска 19
Соляная ванна 20
Нагрей в муфелях 21
Чем закаливать и в чем 23
Береги себя и товарищей 25
Уголок термиста 27
Упражнения 27
Как производится термообработка 29
Нагрев 30
Выдержка 32
Охлаждение 32
Упражнения 33
Металлы и их структура 36
Познакомимся со структурой 38
Применение микроскопа 40
Подготовка микрошлифа 42
Как увидеть микроструктуру 43
Свойства металлов 50
Физические свойства 51
Механические свойства 52
Прочность 53
Упругость 56
Пластичность 57
Вязкость 59
Особо о твердости 61
Твердомер ТК 62
Твердомер ТШ 64
Технологические свойства 68
Закаливаемость 68
Прокаливаемость 68
Химические свойства 69
Черные металлы 71
Конструкционные стали 71
Марки сталей 71
Закалка 73
Отпуск 74
Отжиг и нормализация 76
Структура конструкционной стали 76
Специальные стали 76
Инструментальные стали 78
Виды термообработки 80
Быстрорежущие стали 81
Полезно знать о сталях 83
Как получить высокую твердость 83
Как избежать трещин 83
Не допускайте деформации 84
Как закалить часть детали 84
Попробуй отрихтовать 84
Проба на искру 85
Применение сталей 86
Чугуны 89
Серый чугун 90
Белый чугун 90
Ковкий чугун 91
Высокопрочный чугун 91
Легированный чугун 91
Термическая обработка чугуна 91
Цветные металлы
Медь 94
Латуни 95
Бронзы 95
Припои 97
Алюминий 97
Дуралюмин
Силумин 100
Магний 100
Никель 101
Свинец и олово 102
Цинк 103
Самый легкий металл
Благородные металлы
Крылатые металлы 104
Заключение 107
Рекомендуемая литература

 

PEKЛAMA

Заказать почтой 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD.
Подробности >>>>




На немногих страницах автор просто, а местами и увлекательно рассказывает о металлах и об основах их термической обработки Особый интерес представляют упражнения (их всего 31). Прочитав книгу и проделав упражнения, читатель не только теоретически, но и практически приобщится к интересной и трудной области науки и техники. Несколько необычная последовательность расположения материала (сначала оборудование, а потом металлы) легко оправдывается тем, что читатель не имеет никакой подготовки по термической обработке, и когда он входит в уголок термиста, то прежде всего он должен хорошо уяснить, что в нем находится, а потом уж использовать это оборудование.
      Книга предназначается для учащихся старших классов средних школ. Она может быть полезной также учащимся ремесленных и технических училищ.
     
      ВВЕДЕНИЕ
      Сколько машин изготовляют люди за одни только сутки В разных странах рождаются эти машины, над ними трудятся специалисты многих профессий. Но есть много общего во всех этих машинах, и прежде всего то, из чего они изготовлены, — металлы.
      Применение металлов разнообразно, значение их в народном хозяйстве огромно. Современная техника успешно развивается благодаря широкому применению металлов и сплавов.
      Применяя легкие, но прочные алюминиевые сплавы, люди смогли построить самолеты, скорость полета которых превышает скорость звука. Без прочных сталей невозможно построить шагающий экскаватор или турбину электростанции. Металлические детали имеются в радио-и электроаппаратуре, в автомашинах и на кораблях, в тепловозах и станках. Без металла не изготовить сельскохозяйственные машины: трактор или комбайн, плуг или жатку. Новые металлы с новыми свойствами нужны для постройки космических кораблей. В быту и на производстве, в школе и кинотеатре — всюду мы видим металлы.
      Высокие свойства металлических материалов достигаются не только удачным сочетанием в них химических элементов, большое значение имеет и термическая обработка. Термической обработке, или термообработке, подвергаются многие детали машин, инструменты, приспособления. Термически обрабатываются даже некоторые предметы домашнего обихода: обыкновенная швейная игла, столовый нож, пружины электрических выключателей и Т. д.
      От качественной работы термистов — специалистов, занимающихся термической обработкой металлов, — во многом зависит работоспособность машин, их долговечность и прочность.
      Разнообразие металлов, применяемых в народном хозяйстве, ответственное назначение многих металлических деталей — все это требует от людей, работающих с металлами, больших технических знаний. Свойства металлов, зависимость свойств от термообработки должен знать не только термист, но и механик, конструктор, рабочий и инженер.
      Настоящая книга имеет ц°лью ознакомить учащихся с металлами и их термической обработкой. Часть упражнений, описанных в книге, рекомендуется включить в программу производственного обучения, другую часть проделать в кружке термистов. Организация в школе производственных мастерских с уголком термиста будет способствовать воспитанию у советских ребят трудовых навыков. Нашей стране, строящей коммунизм, нужно много прочного металла, а еще нужнее грамотные люди с крепкими золотыми руками.
     
      Интересны и разнообразны памятники старины. Красноречиво рассказывают они о жизни людей прошлых веков. Лучший способ познакомиться с жизнью древних народов — изучение орудий их труда и предметов быта. Первым оружием человека, отправлявшегося на охоту, был простой, неотесанный камень. Это было в тот период, который называется каменным веком. Постепенно камень приобретал форму ножа или топора.
     
      ПЕРВЫЕ МЕТАЛЛЫ
      Первыми металлами, с которыми познакомились древние народы, были куски меди, золота и сер.бра, попадавшиеся в земле. Применение меди было наиболее разнообразным: от орудий труда до украшений. Золото и серебро использовались в основном для украшений. Несколько позже люди научились получать бронзу, сплавляя медь с оловом. Наконечники стрел, топоры, ножи, а также предметы труда и быта стали изготовлять из бронзы. Бронза была основным металлом, применявшимся человеком в течение длительного времени, которое называется бронзовым веком. Бронзовые изделия прочнее медных. Однако с развитием жизни на земле менялась культура, росли потребности людей в орудиях труда, охоты, появлялись различные механизмы. Много лет тому назад, а точнее, более двух тысяч лет до нашей эры в Египте и Месопотамии появилось железо. Железо имело существенные преимущества перед прежними металлами. Железо легко ковать, да и получать его можно было в б льших количествах, чем бронзу. Получали железо сначала в обыкновенных горнах. В кузнечный горн укладывали куски же-
      лезной руды, засыпали ее древесным углем и, подавая воздух мехами, разжигали горн. Руда разогревалась, железо восстанавливалось, освобождаясь от кислорода. В горне получался кусок тестообразного железа, который затем проковывали и использовали для изготовления деталей.
      Несколько позже железо стали выплавлять в шахтных печах, которые тогда называли домницами. В них также получалось тестообразное железо в виде кусков, называемых крицами.
      Постепенно люди научились получать из железа сталь. Сначала сталь получали науглероживанием железа в горнах. Для этого разогревали железо под слоем угля. Железо насыщалось углеродом из угля и превращалось в сталь. Сталь — сплав железа с углеродом. Сталь была прочнее железа и поддавалась закалке.
      Позднее, когда был получен чугун, сталь научились получать из чугуна. Сам чугун сначала считался металлом, не пригодным для изготовления деталей. Получался он в результате неправильного ведения процесса восстановления руды. Постепенно мастера разобрались в пригодности чугуна и научились переделывать его в сталь. С XIV в. уже начинает развиваться доменное производство для получения чугуна. Вместе с этим растет и производство стали.
      В нашей стране различные способы получения стали известны еще с VIII — IX вв. Уже тогда русские мастера изготовляли стальные изделия, например лезвия топоров, и приваривали их в кузнице к железному обушку. В первой четверти XIX в. сталь получали уже многие заводы нашей страны. Тогда же появились и русские мастера, знавшие «секреты» изготовления стали.
      В настоящее время чистое железо производится в небольшом количестве, в основном для специальных целей, например электротехническое железо. Но и это железо не является чистым. В состав этого так называемого технического железа входит небольшое количество углерода и других примесей. Самое чистое железо получают в ограниченном количестве для научных целей.
      В природе чистое железо встречается только в виде железных метеоритов, падающих на Землю из космического пространства, однако в большинстве случаев метеориты представляют собой сплав — именно сплав железа с никелем.
     
      ТАЙНУ РАСКРЫЛ РУССКИЙ ИНЖЕНЕР
      Мы часто слышим слова: «закалка», «закаленный».
      Что же такое закалка? Где и когда впервые ее применили? Первые закаленные предметы — стальные мечи — найдены в индийских гробницах, относящихся к периоду около 3000 лет до нашей эры. В арабских летописях встречаются описания приемов термической обработки. В замечательном памятнике древней культуры — «Одиссее» Гомера (9 — 8 вв. до н. э.) есть описание закалки: «Как погружает кузнец раскаленный топор или секиру в воду холодную, и зашипит с клокотанием железо, — крепче железо бывает, в огне и воде закаляясь...». Разумеется, речь здесь идет о железе, насыщенном углеродом, т. е. о стали.
      Назначение закалки было известно много веков назад, и применялась она для упрочнения стальных изделий. Сущность закалки заключалась в том, что изделие нагревалось в кузнечном горне и быстро охлаждалось. Для охлаждения использовалась вода.
      Чудесные превращения совершались с предметами при закалке. Превращения эти были таинственны. Многие годы — более 2 тысяч лет — эти превращения объясняли особыми свойствами закаливающей жидкости. Считалось, что одни жидкости, например холодная вода, способны закаливать, другие нет. Умение правильно закаливать давалось с трудом и не каждому мастеру. Мастера же, овладевшие этим искусством, хранили свои «секреты» в глубокой тайне. О том, как бережно хранились эти «секреты», можно судить на примере изготовления клинков из знаменитойбулатной стали.
      Булат был известен много веков назад в странах Востока: Индии, Сирии, Персии. Из такой стали изготовляли в основном холодное оружие: клинки, сабли. Булатное оружие считалось лучшим в мире, за него платили большие деньги. Такое оружие передавалось из рода в род как священная вещь.
      Чем же отличались булатные клинки от клинков из обыкновенной стали? В те годы были распространены особые приемы проверки остроты лезвия холодного оружия: клинком в воздухе на лету рубили шелковый или газовый платок. Если клинок перерубал шелковый платок, то он считался достаточно острым. Если клинок перерубал и газовый платок, то оружие считалось самым лучшим.
      Прочность же испытывалась так: рубили клинком кости, гвозди или ударяли им по клинку из другой стали. Булатный клинок рубил все это и не имел зазубрин на своем лезвии. Клинок обладал большой упругостью: его можно было изогнуть в дугу, после чего он сам распрямлялся. По внешнему виду булатное оружие также отличалось от обыкновенного: на его поверхности был красивый узор.
      После опустошительных завоеваний Тимура производство булата прекратилось, а секреты его изготовления забылись. Долгие годы люди тщетно пытались разгадать тайну булата. Одни считали, что это оружие сварено из двух разных металлов, другие объясняли все закалкой. Однако как эта закалка должна проводиться, какую для этого следует взять сталь — никто не знал.
      Лишь в XIX в., когда потребовалась прочная, упругая сталь, изобретатели и ученые снова взялись за разгадку тайны булата. Первому раскрыть эту тайну, получить булатную сталь и наладить ее производство удалось замечательному русскому инженеру П. П. Аносову. Под его руководством в 1837 г. на Златоустовских заводах Урала были изготовлены первые образцы булатного оружия с узорами. Аносов путем научных экспериментов разработал необходимый состав стали, способ ее ковки и закалки.
      Так перестала существовать одна из древних тайн. В настоящее время выпускается огромное количество стали со свойствами лучшими, чем у прежней булатной стали. На наших заводах применяется много различных видов термической обработки. Основные и наиболее распространенные из них — закалка, отпуск и отжиг — вместе с тем и самые древние.
     
      НАУКА О МЕТАЛЛАХ
      В наиболее развитых промышленных странах уже в XIX в. производилось сравнительно большое количество стали. Однако для изготовления деталей машин требовались металлы с различными свойствами: мягкие и твердые, упругие и пластичные. От чего же зависит качество металла? Как правильно закалить деталь? На эти вопросы первоначально не было ответов, но жизнь их требовала. Ученые, мастера и изобретатели изучали металлы, проводили опыты. Особая заслуга в изучении металлов принадлежит русскому инженеру П. П. Аносову. Павел Петрович Аносов родился в 1797 г. в Петербурге в семье мелкого чиновника. Аносов рано осиротел и воспитывался в семье дедушки, Л. Ф. Сабакина — одаренного механика. П. П. Аносов хорошо учился и в 1817 г. с отличием закончил Петербургский горный кадетский корпус, который позднее стал называться Горным институтом.
      Молодой инженер был направлен на Урал и работал на заводах Златоустовского горного округа. Пройдя путь от смотрителя отделения до директора округа, талантливый инженер добился больших успехов в организации «железного производства» на Урале. Помимо организаторской работы, Аносов проводил научные опыты, изучал способы производства стали и закалку ее. Для изучения металлов он впервые применил микроскоп. Это позволило ему сделать важное открытие — показать, что качество стали, ее свойства зависят от внутреннего строения, от так называемой структуры. Аносов доказал, что при закалке изменяется структура металла. Он исследовал влияние углерода в стали на ее свойства. Им предложены различные способы закалки: в горячем сале, в струе сжатого воздуха. Он исследовал влияние углерода в стали на ее свойства. Умер П. П. Аносов в 1851 г. в Омске, будучи начальником Алтайских горных заводов.
      Другим выдающимся русским металлургом был Дмитрий Константинович Чернов (1839 — 1921). Родился Д. К- Чернов в Петербурге в семье мелкого чиновника. Окончив уездное училище, затем Петербургский технологический институт, Чернов остался в институте преподавателем. Одновременно он вольнослушателем учился в Петербургском университете.
      С 1866 г. Чернов назначается на Обуховский завод на должность техника молотового цеха. В этом цехе отковывались заготовки артиллерийских стволов. Вот здссь-то и сделал свое знаменитое открытие Чернов. Наблюдая за раскаленными заготовками металла, он неоднократно замечал, что при определенных температурах нагрева или охлаждения в металле происходят какие-то внутренние превращения. Об этом можно было судить по двум признакам: в определенный момент цвет охлаждаемого металла становился на несколько мгновений ярче и в этот же момент от стали интенсивно отскакивала окалина, свидетельствуя этим, что сокращение металла заменилось на короткое время расширением. Чернов назвал эти температуры критическими точками и установил, что они зависят от химического состава стали. Зная эти критические температуры, легко установить, на сколько градусов необходимо нагреть сталь для ковки или закалки. Если же этих температур не придерживаться, то можно испортить металл. Это открытие Чернова имеет мировое значение до настоящего времени.
      Большой вклад в науку о металлах внесли русские, французские, английские, немецкие ученые и ученые других стран. Так постепенно трудами ученых разных стран создавалась наука о металлах. Год 1868, когда Чернов открыл критические точки, считается годом зарождения науки металловедения, занимающейся изучением металлов и сплавов.
      Специалисты-металловеды изучают строение и свойства металлов, разрабатывают состав новых сплавов. Они же разрабатывают новые способы изменения свойств, например с помощью различных операций термической обработки.
      Дмитрий Константинович Чернов (1839 — 1921).
      Металловедение тесно связано с физикой и химией. В нашей стране созданы исследовательские институты, заводские лаборатории, организовались целые школы ученых-металловедов. Металловеды способствуют широкому внедрению в народное хозяйство металлов, раскрывая все их «секреты» и «тайны». Термисты же, используя достижения металловедов, практически осуществляют на заводах термическую обработку металлов. Так, работая в тесном содружестве, металловеды и термисты обеспечивают плодотворную работу наших металлургов и машиностроителей.
     
      ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ
      Всем знакомо слово «печь». В каждой печи непременно что-то нагревается. Сталевары в печах плавят сталь, кузнецы разогревают заготовки. Даже дома у каждого есть русская печь, духовка или печка-чудо. Печи используются и при термообработке для нагрева деталей перед закалкой, при отжиге или отпуске. Мы познакомимся с электрическими печами небольших размеров, которые используются для термообработки мелких деталей. Такие печи можно приобрести для школьного уголка термиста. Уголком термиста мы будем называть комнату или часть комнаты, оборудованную и приспособленную специально для термической обработки металлов.
      Учащиеся, особенно старшеклассники, под руководством преподавателей могут сами рассчитать и изготовить простейшие нагревательные устройства или печи.
     
      КАМЕРНЫЕ ПЕЧИ
      Камерными называются электрические печи типа Н15, НЗО и другие, более крупные. Устройство их почти одинаково, различаются они по размерам и мощности, т. е. у них разные технические характеристики.
      Цифра в обозначении типа печи соответствует ее мощности. Мощность первой печи 15 кет, второй 30 кет. Размеры рабочего пространства печи Н15: ширина 300 мм, длина 650 мм, высота 250 мж, печи НЗО: 450 X 950 X 450 мм. Рабочим пространством называется обогреваемое нагревателями место, в которое загружаются детали.
      Устройство камерной печи показано на фиг. 1. Спереди рабочее пространство закрывается дверцей. Дверца с помощью механизма подъема поднимается кверху. Печь смонтирована в металлическом заземленном кожухе, выкрашенном снаружи белой серебристой краской. Такая окраска лучше сохраняет тепло, не рассеивая его в окружающее пространство. Камерные печи можно нагревать до температуры 950°, а непродолжительно и до 1000°. Даже при такой высокой температуре рабочего пространства кожух печи нагревается не выше 60°.
      Как же обеспечивается такое разумное распределение температур: внутри до 1000°, а снаружи всего лишь до 60 °? Эту задачу успешно решает футеровка. Приоткроем дверцу печи и заглянем внутрь рабочего пространства. Сначала обратим внимание на нагреватели. Нагреватели навиваются из проволоки с высоким электросопротивлением, например из нихрома. Длина и диаметр проволоки, диаметр и шаг спирали — все это рассчитывается, исходя из требуемой мощности печи. Мощность же определяется максимальной температурой нагрева и размерами печи.
      В камерной печи три нагревателя: два боковых и один нижний подовый. Нагреватели уложены на керамических шамотных полочках. Шамот — это материал, изготовленный из смеси обожженной огнеупорной глины и кремнезема. Рабочее пространство камерных печей выложено из шамотных кирпичей различного фасона. Внизу рабочего пространства на кирпичах уложена подовая плита, отлитая из жаропрочной и жаростойкой (окалиностойкой) стали. На плиту укладываются нагреваемые детали.
      Чтобы понять, как устроена футеровка печи, мысленно сделаем поперечное сечение. Основное тепло нагревателей принимает на себя огнеупорная кладка. Пространство между огнеупорной кладкой и кожухом печи заполнено теплоизоляционным материалом, очень плохо проводящим тепло. В качестве теплоизоляции нижней части печи используется специальный диатомитовый кирпич, а верхняя часть и боковые зазоры заполняются диатомитовой засыпкой в виде порошка с величиной зерна 2 — 3 мм.
      Огнеупорная кладка скрепляется раствором состава: 70 — 85% молотого шамота и 30 — 15% огнеупорной глины. Диатомитовые кирпичи укладываются без раствора, но швы пересыпаются диатомитовым порошком с зерном не более 0,5 мм. Дверца печи набивается огнеупорным бетоном состава: 7 частей дробленого диатомита и 1 часть глиноземистого цемента или портланд-цемента.
      Таким образом, для футеровки печи применяются два основных вида материалов: огнеупорные и теплоизоляционные.
      Огнеупорными называются материалы с температурой плавления выше 1580°. К ним относится шамот, который применяется при температуре до 1200 — 1400Q. Обыкновенный же красный кирпич неогнеупорен и применяется при температуре не выше 750°. Огнеупорными являются и кирпичи динасовый, магнезитовый, а также графит, карборунд, электрокарборунд.
      Теплоизоляционные материалы отличаются очень низкой теплопроводностью. Помимо диатомита, применяемого до 950°, к ним относятся: распущенный асбест и картон-асбест (до 500°), асбест-шнур (до 300°), шлаковая минеральная вата (до 750°), стеклянная вата или волокно (до 600°), пенобетон (до 300°).
      Камерные печи питаются от сети переменного трехфазного тока напряжением 220 или 380 в. Каждый нагреватель подключается к одной фазе электросети. От сети ток подается через щит управления. Щит представляет собой металлический шкаф размерами 450 x 650x1800 мм и обозначается двумя буквами — ЩУ. Щит обеспечивает включение и отключение печи. Для этого в нем имеется трехполюсный рубильник, который включается перед работой печи. Но даже при включенном рубильнике печь может оказаться без тока, если выключен линейный контактор. Контактор включается и отключается по команде, получаемой от потенциометра. Оборудование щита: рубильник, предохранители, контактор — называется станцией управления (СУ). Схема включения камерной печи в сеть показана на фиг. 2.
      На щите управления укрепляется прибор, регулирующий температуру. На щите же имеется ручной универсальный переключатель управления нагревателями печи. Положение переключателя влево соответствует включению печи без регулирующего прибора, вертикально — печь отключена, вправо — печь включена и соединена с регулирующим прибором. Печь должна иметь конечный выключатель, соединенный последовательно с нагревателями. Конечный выключатель отключает печь при открывании дверцы и включает ее при закрывании дверцы.
      Нагреватели печи нужно регулярно очищать сжатым воздухом или вручную от окалины. Сгоревший нагреватель можно сварить нихромовым электродом внахлестку на длине 40 — 50 мм. Нагретую докрасна печь не рекомендуется резко охлаждать во избежание растрескивания кладки.
      Для измерения температуры существуют различные приборы. Устройство их основано на общем принципе: при изменении температуры изменяются свойства вещества. Возьмем, например, два металлических провода — один из сплава хромель, другой из сплава копель. Одни концы проводов соединим и спаяем. Другие концы подключим к гальванометру (фиг. 3). Спаянные концы нагреем в печи или просто на огне спиртовки и понаблюдаем за стрелкой гальванометра. Стрелка отклоняется. В чем дело, откуда в пройодах взялся ток? Дело в том, что на концах двух разнородных проводников возникает э. д. с. — электродвижущая сила. Чем больше разница температур спаянных и неспаянных концов, тем выше э. д. с.
      Два проводника из разнородных материалов, способных при нагревании их спаянных концов давать э. д. с., называются термопарой. Существует несколько типов стандартных термопар. Металл проводов у них разный, разная и температура применения. Наиболее распространены термопары типа ТП (платина — платинородий), которыми можно измерять температуру до 1300°; ТХА (хромель — алюмель) — до 900°; ТХК (хромель — копель) — до 600°. Для определения температуры в камерных печах обычно используются термопары ТХА.
      Термопара называется первичным прибором для измерения температуры. Чтобы определить, на сколько же градусов она разогрета, необходим вторичный прибор. Такие приборы имеют шкалу в милливольтах или градусах международной темп ратуоыой шкалы. Чтобы показание прибора соответствовало действительной температуре печи, нужно всегда дать возможность термопаре прогреться до температуры печи.
      При работе на камерных печах вторичным прибором являются обычно потенциометры. Часто применяются автоматические потенциометры типа ЭПД (фиг. 4), которые могут иметь шкалу на 600, 800 и 1100°. Шкала каждого прибора отградуирована на термопару определенного типа, что обозначено на шкале потенциометра. Например, если потенциометр должен работать с термопарой ТХА, то маркировка на нем такая: гр. Л А.
      Нельзя подключать к прибору термопару другого типа, потому что показания будут неточными.
      Потенциометр может не только показывать темпера-туру, но и записывать ее на диаграмму. Укрепляется потенциометр в окне щита управления. К нему по определенной схеме подключается термопара и станция управления.
      Эти три прибора: термопара, потенциометр и станция управления — и обеспечивают регулирование температуры печи. Термист только задает на потенциометре необходимую температуру, включает потенциометр и печь (фиг. 5). Дальнейшее регулирование температуры осуществляется автоматически.
      Термопара к потенциометру или другому вторичному прибору подключается с помощью специальных компенсационных проводов, имеющих электрические свойства, близкие к электрическим свойствам проводов термопары. Для подключения термопары ТП применяются компенсационные провода из меди (+) и сплава ТП, состоящего из 99,4% меди и 0,6% никеля ( — ); для термопары ТХА — из меди (+) и константана ( — ). Окраска медного провода красная, из сплава ТП — зеленая, из константана — коричневая.
      Стандартные компенсационные провода выпускаются в разных оплетках, например в хлопчатобумажной, и обозначаются КТО. При отсутствии компенсационных проводов их можно заменить обычным медным проводом сечением не менее 1,5 мм2 с изоляцией, испытанной на напряжение не ниже 500 в.
      Пирометрические милливольтметры — это гальванометры, предназначенные для определения температуры в печах с помощью термопар. Шкала приборов отградуирована в милливольтах или в градусах. Необходимо следить за тем, чтобы градуировки термопары и гальванометра совпадали. Градуировка отмечается на шкале прибора. Назовем
      Фиг. 5. Так задается необходимая температура.
      несколько стандартных пирометрических милливольтметров, которые необходимо приобрести для школьного уголка термиста.
      Милливольтметр МПЩПр-54. Это показывающий профильный прибор, выпускаемый в комплекте с любой термопарой.
      Милливольтметр МПЩПл-54. Прибор показывающий прямоугольный с плоской шкалой, выпускается с градуировкой к любой термопаре, кроме ТП.
      Прибор МПП-054 — переносный показывающий, для контрольных и лабораторных измерений, его можно подключать к любой термопаре.
      Необходимо помнить, что шкалы приборов могут быть разными, в зависимости от градуировки термопары. В комплекте с термопарой ТП шкала прибора 0 — 1600°, с термопарой ТХА 600, 800 или 1100°. В комплекте с милли-
      вольтметрами МП-18 удобно применять термопары лабораторные типа ТПП-IV и ТПП-V. Длина их 1000 или 500 мм, чехол фарфоровый диаметром 8 мм. К термопарам подключен провод длиной 2,5 м (фиг. 3).
     
      ПЕЧЬ ДЛЯ ОТПУСКА
      Для отпуска деталей применяются специальные отпуск ные печи. Стандартная отпускная печь типа ПН31 показана на фиг. 6. Мощность ее 24 кет, напряжение 220 в.
      Температуру печи можно определять термопарой ТХА или ТХК. Можно использовать и термометры сопротивления со вторичным прибором — мостом сопротивления типа ЭМД-212. Термометры сопротивления внешне напоминают термопары, однако принципы их работы различны. При изменении температуры изменяется электросопротивление проводников, составляющих термометр. Это изменение электросопротивления измеряется вторичным прибором. В термических цехах применяются термометры сопротивления типа ЭТП или ЭТМ.
      СОЛЯНАЯ ВАННА
      Нагреть детали более быстро, чем в печи, можно в соляной ванне. Очень удобна стандартная ванна типа В10 (фиг. 7). Устройство ее такое же, как отпускной печи,
      только вместо корзины в ванну вставляется тигель из жаростойкой (окалиносгойкой) стали. Рабочий размер тигля: диаметр 200 мм, высота 350 мм. В тигле расплавляется смесь солей: поваренной соли NaCl и хлористого калия КС1. Чаще всего смесь состоит из 50% NaCl и 50% КС1.
      Такая смесь плавится при температуре 660 и применяется до 900°.
      Для нагрева деталь погружается в соль. В соли можно нагревать всю или только часть детали, например лезвие отвертки. При нагреве в соли можно избежать окисления деталей. Для этого перед загрузкой деталей соль нужно раскислить просушенным древесным углем. Уголь в сетке загружается в соль и выдерживается там некоторое время — до 1 часа или более. Детали, нагретые в хорошо раскисленной соли и охлажденные в воде или масле, имеют чистую светлую поверхность, почти неокисленную. Термопара вставляется в соль или под тигель. Мощность ванны В10 равна 10 кет, напряжение 220 в, диаметр кожуха 1200 мм.
     
      НАГРЕВ В МУФЕЛЯХ
      Для нагрева мелких деталей в школьных условиях удобно применять стандартные печи — муфели. Они занимают мало места, просто обслуживаются, могут нагреваться до температуры 1000°. Муфель типа МП-2 показан на фиг. 8. Мощность его нагревателей 2,6 кет, напряжение 220 в. Размеры рабочего пространства: ширина 175 мм, длина 263 мм, высота 95 мм. Габариты муфеля: ширина 525 мм, длина 603 мм, высота 580 мм. Вес 60 кг.
      Муфель обогревается нагревателем, навитым вокруг рабочего пространства по всей его длине. Поперечное сечение муфеля показано на фиг. 8. Температура ванны регулируется автоматически. Это обеспечивает первичный прибор, вставленный в рабочее пространство, и терморегулятор, соединенный с нагревателем. Необходимая температура устанавливается термистом с помощью поворотного переключателя на передней стенке муфеля.
      Необходимо оберегать муфель от резкого охлаждения, так как при резком охлаждении может потрескаться керамика.
      Имеются еще два стандартных муфеля типа МП-0 и МП-1. Мощность их нагревателей 1,75 кет. Размеры рабочего пространства: ширина 137 мм, длина 210 мм, высота 85 мм. Температура муфеля МП-0 регулируется реостатами, а муфеля МП-1 — автоматически в интервале 500 — 1000°.
      Муфели используются для нагрева деталей под закалку, для отжига и отпуска. Регулирование температуры до 500° можно производить с помощью реостатов. В этом случае температуру необходимо контролировать термопарой. Рекомендуется температуру контролировать и при работе муфеля на 500 — 1000°. Хорошие муфели, называемые муфельная печь № 6 (фиг. 9), выпускаются ленинградским заводом «Электродело». Мощность этих муфелей 2,6 кет, напряжение 127 или 220 в постоянного или переменного тока. Размеры рабочего пространства: ширина 185 мм, длина 280 мм, высота 113 мм. Максимальная температура нагрева 900°. В интервале от 600 до 900° температура регулируется с помощью рычажного реостата, выполненного в виде подставки к печи. Контролируется температура термопарой.
      Отпускать мелкие детали можно в стандартных электрических сушильных шкафах типа Ш-0,05. Устройство шкафа простое (фиг. 10). Электрический нагреватель мощностью 1,1 кет обогревает кожух рабочего пространства диаметром 410 мм и длиной 390 мм. Вес шкафа 55 кг. Нагрев может производиться до температуры 250°.
      От 80 до 250° температура регулируется автоматически и задается регулятором, установленным сбоку на кожухе шкафа. Контролируется температура с помощью термометра со шкалой от 0 до 300°, который вставляется в специальное отверстие сверху муфеля.
      Для контроля температуры до 500° в шкафах и муфелях можно использовать технические ртутные термометры. Они выпускаются с разными шкалами, например от 0 до 300° или от 0 до 500°. Разной может быть и длина термометров. Удобны термометры с рабочей длиной 85 — 230 мм.
      Температуру деталей, нагреваемых в муфелях и шкафах, можно определять с помощью термокарандашей. Набор термокарандашей позволяет определять температуру от 40 до 580°. Каждый карандаш изменяет свой цвет
      Фиг. 10. Сушильный шкаф.
      при определенной температуре. Чтобы определить температуру детали, на ее поверхности проводят штрихи разными карандашами. По изменяющемуся цвету мазков определяют температуру нагрева детали.
      Можно определять температуру муфеля или шкафа и термопарой.
     
      ЧЕМ ЗАКАЛИВАТЬ И В ЧЕМ
      Детали нужно загрузить в печь, прогреть их, а затем выгрузить и охладить. Поэтому, кроме печей и муфелей, в школьном уголке термиста должно быть оборудование для охлаждения деталей и инструмент для захвата и перемещения их.
      Охлаждать детали можно в двух металлических бачках. Один залить водой, другой — веретенным или машинным маслом. Обе жидкости применяются как охлаждающие среды при закалке. Закаливать мелкие детали можно в небольших бачках диаметром 180 мм, высотой 300 мм. Закаливать более крупные детали нужно в бачках покрупнее:
      400 x 600 x 800 мм. В этом случае масляный бак должен иметь плотно закрывающуюся крышку, которая закрывается в случае воспламенения масла. Охлаждать горячие детали часто приходится на воздухе. Для этого необходимо оборудовать специальную площадку на полу или на столе, выложив ее теплоизоляционным материалом, например асбестом.
      Перемещаются горячие детали специальными клещами, крючками, клюшками (фиг. 11). Эти инструменты должны быть легкими и удобными, в то же время достаточно прочными и длинными. Губки клещей можно сделать не только плоскими, но и корытообразными, которыми удобнее захватывать цилиндрические детали.
      Для изготовления указанного инструмента необходимо брать низкоуглеродистую сталь, которая не закаливается.
     
      БЕРЕГИ СЕБЯ И ТОВАРИЩЕЙ
      Когда школьный уголок термиста будет оборудован, необходимо проверить, все ли предусмотрено для безопасной работы. Особое внимание нужно обратить на электрооборудование. Все электроприборы и кожухи электропечей нужно заземлить. На полу перед камерной печью положите резиновый коврик. Камерная и отпускная печи должны иметь исправные конечные выключатели. Муфель и электрошкаф следует установить на электро- и теплоизоляционную подставку. В доступном месте должны находиться огнетушители. Когда все проверено и учащиеся усвоили правила безопасной работы, тогда и только тогда можно приступать к термообработке.
      Основные правила безопасной работы. Работать около камерной печи необходимо стоя на резиновом коврике.
      Ремонтировать только отключенную печь.
      Не забывать, что детали горячие.
      На руки нужно надевать брезентовые или суконные рукавицы.
      Соли руками не брать, а пользоваться совками.
      Не пробовать на вкус соли и растворы.
      Клещи, клюшки, молотки, наждак содержать в исправном состоянии.
      Не допускать перегрева закалочного масла выше температуры 60°. При загорании масла в баке закрыть плотно крышку.
      В ванну с расплавленной солью не погружать мокрые и влажные предметы и вещества: соль выплеснется. Нельзя перегревать соль выше рекомендуемой температуры применения.
      Работать на ванне только при включенной вытяжной вентиляции.
      На случай перегорания тигля соль должна стекать в отверстие кладки — так называемый аварийный слив, который должен быть всегда открытым.
      Осторожно обращаться со стальными и другими металлическими деталями: острые кромки деталей и заусенцы могут поранить руки.
      Закаленные детали или детали с окалиной не испытывать на излом близко перед глазами: отскочившие куски металла или окалины могут поранить глаза.
      Во избежание пожара или ожога горячие детали охлаждать на специальной площадке.
      При термическом ожоге необходимо забинтовать пораженное место сухой стерильной повязкой и обратиться к врачу.
      О всех замеченных неисправностях оборудования сообщать руководителю занятий.
      При несчастном случае с товарищем принять все меры по оказанию первой помощи и срочно обратиться к врачу.
      Работать в уголке термиста рекомендуется группами, а не в одиночку.
      Учащиеся должны знать правила безопасной работы и выполнять их. На производстве выполнение таких правил называется соблюдением правил техники безопасности.
     
      УГОЛОК ТЕРМИСТА
      Чтобы близко познакомиться с металлами, недостаточно научиться их обрабатывать механическим путем на станках или вручную. Необходимо познакомиться с поведением металлов при нагревании, охлаждении, с термической обработкой.
      Эго можно делать, если в школьных производственных мастерских будет организован уголок термиста. В нем обязательно должны быть: печи или муфели для нагрева до 1000° и для отпуска, приборы для измерения температуры, закалочные бачки, клещи, твердомеры. Необходимо иметь образцы цветных металлов и сталей.
      На стенах комнаты желательно вывесить наглядные пособия и портреты великих русских металлургов — металловедов. Словом, все, что относится к термообработке, должно быть собрано в этой комнате. На фиг. 12 показано оборудование простейшего уголка термистов.
     
      УПРАЖНЕНИЯ
      Цель упражнений — получить наглядное представление о том, что описывается в книге. Желательно выполнить все упражнения, и в той последовательности, в какой они приведены в книге. Кроме того, учащиеся под руковод-
      ством преподавателей могут сами составить некоторые дополнительные упражнения.
      Упражнение 1. Внимание — включаю печь
      Научитесь обслуживать электрическую печь или муфель: включать, выключать, регулировать температуру. Определите время разогрева печи до температуры закалки (около 800°) и отпуска (около 200°). Определите время охлаждения печи. Данные запишите.
      Упражнение 2. Знакомство с термопарой
      Разберите и соберите термопару, изучите ее устройство. Подключите термопару к гальванометру, соблюдая полярность электродов. Научитесь устанавливать термопару в печь. Проследите за показаниями гальванометра при нагреве термопары.
      Упражнение 3. Учитесь измерять температуру
      Разогрейте муфель до температуры не свыше 500°. Измерьте температуру рабочего пространства с помощью термопары с гальванометром и с помощью термометра. Сравните показания. Определите, какой прибор быстрее реагирует на изменение температуры. В зависимости от цены деления шкалы гальванометра и термометра определите, на каком приборе можно точнее определить температуру.
      Упражнение 4. Электротехника нужна термисту
      Постройте схемы электропитания электрических печей, которые находятся в вашем уголке термиста. Укажите их технические характеристики.
     
      КАК ПРОИЗВОДИТСЯ ТЕРМООБРАБОТКА
      Самыми распространенными видами термической обработки являются: закалка, отпуск, отжиг, нормализация.
      Как же осуществляется термообраб. тка? Она складывается из следующих этапов: нагрева, выдержки, охлаждения. Это можно изобразить на графике (фиг. 13). По вертикальной линии отложим температуру в ° С, а по горизонтальной — время в минутах или часах. Время нагрева, температура и время выдержки, скорость охлаждения — все это вместе называется режимом термообработки. Режимы бывают разные и зависят от марки стали или сплава.
      На производстве процесс термообработки длится от нескольких минут до нескольких часов. Отжиг крупных поковок продолжается даже несколько суток. Мы же в основном познакомимся с режимами термообработки мелких деталей, которая может быть осуществлена в школьном уголке термиста.
      Рассмотрим отдельно каждый этап.
     
      НАГРЕВ
      Прежде всего при термообработке деталь необходимо нагреть. Само слово «термо» означает по гречески — тепло, жар.
      Температура нагрева зависит в основном от марки металла. Нагревать сталь при закалке и отжиге нужно до определенных температур. Температура эта обычно берется выше тех критических точек, которые открыл Д. К. Чернов. Если нагревать ниже, то сталь не закалится или не отожжется. Если нагревать значительно выше, то металл можно перегреть. Перегрев снижает прочность металла. При сильном завышении температуры металл можно даже пережечь. Такой металл совершенно непригоден для работы, он легко разрушается. Наконец, при чрезмерном превышении температуры металл можно даже расплавить. Особенно строго нужно следить за температурой нагрева алюминиевых сплавов. У них температура нагрева под закалку очень близка к температуре плавления.
      Температура нагрева при отпуске гораздо ниже, чем при закалке и отжиге. Но соблюдать режимы отпуска нужно также строго. Конкретные температуры нагрева будут даны при описании термической обработки черных и цветных металлов.
      Деталь при любой термообработке должна быть полностью прогрета до выбранной температуры. Время нагрева бывает разным и зависит в основном от размеров детали, от мощности и температуры печи. Чем массивнее деталь, тем она дольше прогревается. Чем выше температура печи при загрузке детали, тем быстрее деталь прогреется. Чем больше мощность печи, тем детали нагреются быстрее. В отпускных печах детали прогреваются медленнее, чем в закалочных, потому что температура в них мала.
      Время прогрева деталей в печи на практике часто определяется опытным путем и принимается равным для камерных печей примерно одной минуте на каждый миллиметр диаметра или толщины детали. Это значит, например, что болт М5 нагреется до температуры 830° за 5 мин. В муфелях нагрев продолжительнее почти в два раза.
      Время прогрева стальных деталей при закалке и отжиге легко устанавливается по цветам каления. Мы уже отмечали, что тела, нагретые выше температуры 500°, светятся
      Светится и футеровка термических печей. Если печь разогрета до температуры около 800°, то цвет ее футеровки вишнево-красный. Холодная деталь, помещенная в такую печь, резко отличается по цвету от футеровки. Сначала деталь блестящая, затем начинает темнеть, а спустя некоторое время начнет светиться. Когда же цвет детали становится одинаковым с цветом футеровки, это означает, что температуры их равны, деталь прогрелась. Рекомендуем приобрести некоторый опыт в определении температуры нагретых деталей по цветам каления (см. цветную вклейку).
      Все они показаны на цветной вклейке. Рабочая часть зубила только что замочена в воде (закалена), приподнята над водой и начинает прогреваться теплом незакаленной нерабочей части. При этом цвета побежалости волной перемещаются к острию зубила. Когда нужно прекратить дальнейший нагрев, деталь снова замачивают в воде. Так закаливают зубила, клейма и другие детали. Такая закалка называется закалкой с самоотпуском.
     
      ВЫДЕРЖКА
      Большинство деталей, особенно массивных, мало просто нагреть до необходимой температуры. Необходимо после нагрева их еще некоторое время выдержать в печи. Это нужно для выравнивания температуры по сечению детали, а также для завершения внутренних превращений.
      Продолжительность выдержки шычно принимается равной одной пятой времени нагрева. Выдержка при отжиге обычно несколько больше выдержки при закалке. При отжиге метчиков, фрез, резцов и других инструментов выдержка должна быть от 30 до 60 мин. Чем больше деталь, тем продолжительнее выдержка.
      Мелкие детали, например пружины из листовой стали, инструменты небольшого диаметра, можно выдерживать только до тех пор, пока они не прогреются до температуры печи, и затем охлаждать. В наших упражнениях часто режим так и будет задаваться: выдержка до прогрева. При закалке и отжиге передержка в печи недопустима. При отпуске передержка не страшна. При отпуске мелких деталей выдержка обычно равна 30 — 60 мин.
     
      ОХЛАЖДЕНИЕ
      Охлаждать нагретые детали можно по-разному. Самый простой способ охлаждения — на воздухе. Деталь выгружается из печи, укладывается на ровную площадку и охлаждается до комнатной температуры. Так производится нормализация.
      Часто после нагрева и выдержки детали из печи не выгружаются. Отключаются нагреватели печи, а детали охлаждаются вместе с печью до температуры 600 — 400°. Затем детали можно выгружать и охлаждать на воздухе до комнатной температуры. Можно в печи охлаждать и ниже 400°, но это уже не обязательно. Такой вид термообработки с охлаждением в печи называется отжигом.
      Более быстрое охлаждение, чем на воздухе, можно произвести в воде. Так это и делают при закалке. Вода — самая удобная и дешевая охлаждающая среда. Для закалки сталей вода должна быть холодной — с температурой не выше 30°. Иногда для закалки углеродистых сталей применяют соляный раствор (10 — 15% поваренной соли NaCl, остальное вода). Такой раствор охлаждает быстрее,
      даст более высокую и равномерную твердость, при закалке в нем меньше вероятность образования трещин и меньше деформация. Для закалки легированных сталей (о них будет сказано ниже) вода не подходит. Детали из таких сталей лучше закаливать в масле. Алюминиевые сплавы, кроме дуралюминов, закаливаются в теплой или горячей воде, а дуралюмины — в холодной воде.
      Итак, мы рассмотрели все виды термообработки по этапам. Закалка, отжиг, нормализация и отпуск — это виды термообработки, состоящие из нагрева детали до определенной температуры, выдержки и охлаждения с соответствующей скоростью. Можно графически изобразить все виды термообработки вместе и сравнить их (фиг. 13). Как видно из графика, самая большая скорость охлаждения — при закалке в воде, а самая маленькая — при отжиге в печи.
      Какова же сущность каждого вида термообработки? Мы уже отмечали, наши русские ученые П. П. Аносов и особенно Д. К. Чернов первыми в мире разобрались в секретах закалки и вообще термообработки. Сейчас эти процессы хорошо изучены.
      Цель термообработки — изменить свойства металлов. Что при этом происходит в металле? При термической обработке изменяется внутреннее строение металла, его структура. Изменяется структура — изменяются и свойства металла. Как изменяются свойства металлов при различных видах термической обработки — это мы рассмотрим в следующих разделах книги.
     
      УПРАЖНЕНИЯ
      Для выполнения упражнений следует брать непременно те металлы, которые указаны в заданиях. Размеры образцов можно изменять. Однако во всех случаях замены металла и образцов должна быть уверенность, что упражнение не потеряет своего смысла и наглядности. Это во многом зависит от самих учащихся и преподавателей. Цель упражнений обычно раскрывается их заголовками. В упражнениях не даются подробные режимы термообработки, они имеются в соответствующих разделах книги. Указан-ные в упражнениях марки сталей, например У7, УЮ, сталь 45, 65Г, 20ХНЗА, Ст. 3 и другие, описаны в главе «Черные металлы».
      Упражнение 5. Цвета каления
      Стальную деталь со светлой поверхностью поместите в печь, разогретую до температуры 600ч. Проследите за временем прогрева детали до температуры печи. Определите момент выравнивания температуры детали и футеровки. Постарайтесь запомнить цвет1 детали и футеровки при 600°. То же самое проделайте при других, более высоких температурах печи. Зарисуйте цвета каления, составьте свою шкалу и укрепите ее на стене в уголке термиста.
      Упражнение 6. Цвета побежалости
      Из стали У7 выточите несколько образцов, закалите их (нагрев 780°, охлаждение в воде), отпустите при температуре 180°. Затем прошлифуйте на станке или зачистите их шкуркой и отпускайте при разных температурах от 220 до 360°. Вы получите образцы с разными цветами побежалости. Составьте коллекцию таких образцов для уголка термиста. Составьте свою шкалу температур и зарисуйте цвета. Шкалу укрепите на стене.
      Упражнение 7. Виды термообработки
      Из стали марки 45 изготовьте 4 образца. Один образец закалите (нагрев 830°, охлаждение в воде) и отпустите при 200°. Другой отожгите при температуре 820°, третий нормализуйте (нагрев 820°), четвертый отпустите при 600°. Проследите за режимом при каждом виде термообработки. Составьте график каждого вида термообработки. Сравните твердость образцов.
      Упражнение 8. Вода и масло
      Изготовьте из стали У7 два образца диаметром 15 мм длиной 30 мм. Закалите один образец в воде,1 другой в масле (нагрев 780°). Сравните скорость охлаждения образцов в воде и масле. Для этого спустя 15 — 10 сек. после начала охлаждения выньте образцы из охлаждающих жидкостей и, поливая их во дой, осторожно на ощупь сравните их температуру. После полного остывания сравните твердость образ цов (как описано в главе «Свойства металлов»).
      Упражнение 9. Скорость нагрева и охлаждения-
      Возьмите термопару любого типа с металлическим чехлом. Подключите термопару к вторичному прибору (потенциометру или гальванометру). Вставьте рабочий конец термопары в печь, разогретую до температуры 800°. Записывайте время разогрева термопары через каждые 50°. Постройте график нагрева термопары в координатах: температура — время. Определите среднюю скорость нагрева.
      Разогретый до температуры 800° рабочий конец термопары охлаждайте поочередно: первый раз — на воздухе, второй раз — в масле и третий раз — в воде. Каждый раз записывайте время падения температуры через 50 или 100°. Время определяйте по секундомеру или по секундной стрелке часов. Постройте графики охлаждения в тех же координатах и определите среднюю скорость охлаждения для каждого случая.
      Дополнительно можно определить время и скорость охлая пения, применяя подвижные среды, например охлаждая термопару сжатым воздухом, в перемешиваемом масле или в проточной воде.
     
      МЕТАЛЛЫ И ИХ СТРУКТУРА
      Металлами называется определенная группа химических элементов. Пока известно всего сто три элемента, из них металлов около восьмидесяти. К металлам относятся железо, медь, никель, серебро, золото, ртуть, алюминий, магний, платина, титан, вольфрам и другие элементы. Остальные элементы относятся к неметаллам или, как их иначе называют, металлоидам. Это углерод, сера, кислород, азот, фосфор, кремний, бром, йод.
      По какому же признаку подразделяются элементы на металлы и неметаллы? Все зависит от свойств элементов. Все металлы имеют некоторые общие свойства, которыми не обладают неметаллы. Во-первых, все металлы — тела твердые при обычной комнатной температуре, за исключением ртути. Ртуть даже при комнатной температуре находится в жидком состоянии, что позволяет, в частности, с успехом применять ее в термометрах. Во-вторых, все металлы имеют характерный металлический блеск. Разумеется, речь идет о блеске свежезачищенной поверхности.
      Характерное свойство металлов — их высокая пластичность. Пластичность позволяет ковать металлы, придавая им нужную форму, гнуть их, штамповать. Великий русский ученый М. В. Ломоносов дал такое определение металлам: «Светлые тела, которые ковать можно». Благодаря пластичности из алюминиевой проволоки мож-: но, что называется, веревки вить. Большинство неметаллических материалов как встречающихся в природе, так и искусственно созданных и состоящих в основном из ме таллоидов, не обладает такими свойствами. Так,- например, стекло, дерево, камень, фарфор не имеют металлического блеска, да и ковать или сильно гнуть их нельзя. Правда, определенной пластичностью обладают некоторый
      неметаллические материалы, например пластмассы, но все-таки ковать их нельзя.
      Метачты характеризуются и другими важными свойствами высокой электропроводностью и высокой теплопроводностью. Именно благодаря высокой электропроводности провода линий электропередач изготовлены из металлов — меди или алюминия. Изоляторы, наоборот,
      изготовлены из фарфора.
      Применение металлов в народном хозяйстве определяется не только их свойствами, но и запасами, легкостью добывания. В земной коре имеются ъ достаточном количестве металлы натрий, калий, кальций, но они не могут широко применяться для изготовления деталей машин ввиду низкой прочности и легкой окисляемости. Другие металлы, например молибден, вольфрам, имеют нужные нам свойства, но их мало и добыча их стоит дорого. Есть металлы, у которых и свойства хороши, и запасы их огромны, но их только недавно по-настоящему научились добывать. Это магний, титан, цирконий и другие.
      Помимо металлов, в технике широко применяются сплавы. Сплавом называется вещество, состоящее из нескольких элементов. Назовем некоторые металлические сплавы. Сталь — сплав железа с углеродом и другими элементами. Латунь — сплав меди и цинка. Бронза — сплав меди с оловом или с другими элементами. Дуралюмин — сплав алюминия с медью, магнием и марганцем. В состав сплава могут входить как металлы, так и неметаллы. Например, основу стали составляет железо, а важнейшей примесью является неметалл углерод.
      Сплавы получают чаще всего сплавлением отдельных элементов. Можно получать сплавы и другими способами, например спеканием металлических порошков при высоких температурах (этот способ называется металлокерамикой).
      Что же заставило людей изготовлять именно сплавы, а не довольствоваться одними простыми металлами? Сравните железо и сталь, медь и бронзу — и вы убедитесь в преимуществе сплавов перед простыми металлами. С развитием техники возникает потребность в металлических материалах сыновыми свойствами, а простых металлов с такими свойствами нет. На помощь приходят ученые-металловеды, которые разрабатывают новые сплавы. Нихромы, силумины, специальные стали — все это примеры чудесных современных сплавов.
     
      ПОЗНАКОМИМСЯ СО СТРУКТУРОЙ
      Металлы — тела кристаллические. Любой кусок металла или металлическая деталь состоят из множества кристаллов, или, как их иначе называют, зерен. В природе часто встречаются кристаллические вещества, например: гипс, горный хрусталь, поваренная соль, медный купорос. Кристаллическое строение имеет и всем нам прекрасно известный сахар. Каждое зерно в таком веществе отделено от другого границей раздела, в то же время между собой эти зерна крепко связаны внутренними силами.
      Зерна могут быть разной величины и формы, они по-разному могут располагаться в металле. Сплавы так же, как и металлы, имеют кристаллическое строение. Зернистое строение металла или сплава часто можно наблюдать невооруженным глазом, т. е. без увеличения, на поверхности отливок, на изломе перегретой стали, на изломе чугуна или алюминиевого сплава (фиг. 14). Еще отчетливее зерна можно наблюдать, рассматривая металл в микроскоп.
      Изучением строения металла занимается наука металлография. Строение металла, которое мы наблюдаем в изломе или под микроскопом, называется структурой. Различают макроструктуру — строение металла, видимое невооруженным глазом или в лупу с увеличением до 30 раз, и микроструктуру — строение металла, видимое с помощью микроскопа.
      Структура простого металла состоит из зерен одного элемента. Структура сплавов гораздо сложнее, потому что сплав состоит из двух или большего числа элементов. Как же располагаются отдельные элементы в сплаве? Это зависит от свойств элементов и их количественного соотношения в сплаве. Может быть так, что каждый элемент в сплаве образует свои зерна, тогда в сплаве будет смесь различных зерен. Такое строение имеют некоторые марки серого чугуна, имеющие в своей структуре зерна железа и графита (фиг. 15). В других случаях структура сплава может состоять из одинаковых зерен, в каждое из которых входят все элементы, составляющие сплав.
      Так или иначе, металлы и сплавы состоят из множества зерен. Как же устроены сами зерна? Все вещества: простые и сложные, кристаллические и некристаллические, металлы и неметаллы — состоят из атомов. Однако расположение атомов, их связи различны в разных веществах. Расположение атомов внутри металлов подчиняется определенным законам. В кристаллах атомы располагаются не беспорядочно, а образуют небольшие группировки, называемые ячейками. В ячейке каждый атом знает свое место. Форма ячейки бывает различной для разных металлов. С помощью рентгеновского анализа установлено, например, что железо, медь, алюминий имеют ячейку в виде куба. Атомы находятся в углах куба и, кроме того, в центре куба (железо) или в центре каждой грани куба (медь, алюминий). Определено даже расстояние между соседними атомами в ячейке, измеряется оно ничтожно малой величиной — ангстремом. Один ангстрем обозначается А и равен 0,00000001 см. Так, например, расстояние между угловыми атомами железного куба равно 2,86 А. Прочно соединяясь между собой внутренними межатомными силами, ячейки образуют кристаллы.
      Структура металла не остается постоянной. Она может изменяться при изменении химического состава сплава, условий выплавки. Деформация и термическая обработка также существенно изменяют структуру.
     
      ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОСКОПА
      Рассмотрим теперь, как с помощью микроскопа изучается структура металлов и сплавов. Мы уже отмечали, что впервые для изучения структуры металлов микроскоп применил П. П. Аносов. С тех пор применение микроскопа значительно расширилось, существенно изменилась и его конструкция. В настоящее время, кроме оптических, дающих увеличение до 2000 раз, имеются микроскопы электронные, способные увеличивать до одного миллиона раз.
      В заводских лабораториях чаще применяются вертикальные оптические микроскопы марки МИМ-6, которые можно рекомендовать для школьного уголка термиста (фиг. 16). Микроскоп МИМ-6 позволяет рассматривать структуру металлов при увеличении от 63 до 1425 раз, а также фотографировать структуру.
      Порядок работы с микроскопом следующий. Устанавливается необходимый объектив и окуляр, обеспечивающие требуемое увеличение. Подготовленный образец устанавливается рассматриваемой поверхностью на столик над объективом. Микроскоп включается в электросеть. Настраивается резкость изображения, и изучается структура образца. При необходимости можно включить любой из-светофильтров: зеленый, синий или желтый. Для наилучшего рассматривания микроструктуры необходимо по~
      Фиг, 16. Микроскоп МИМ-5.
      Добрать удачное сочетание увеличения и светофильтра. Принцип работы микроскопа: лучи света от лампы проходят через набор оптических линз и через объектив падают на образец; отразившись от поверхности образца и преломившись другими линзами, свет через окуляр попадает в глаз наблюдателя.
      Микроскоп, как и всякий оптический прибор, требует бережного и аккуратного обращения. Он должен быть установлен в светлом, чистом, сухом и теплом помещении. По окончании работы микроскоп необходимо накрыть чехлом, а объектив и окуляр закрыть в специальный ящик. Особое внимание следует обращать на состояние поверхности оптических деталей: объективов, окуляров, светофильтров. Если они запылились, то чистить их можно только очень мягкой кисточкой, батистом или замшей, промытыми в эфире. Ни в коем случае нельзя разбирать оптические приборы. При необходимости это может сделать только опытный механик. Необходимо следить также и за образцом, который устанавливается на столик. Образец должен быть сухим и чистым.
     
      ПОДГОТОВКА МИКРОШЛИФА
      Для рассматривания микроструктуры необходимо подготовить образец. Что это значит? Прежде всего необходимо выбрать участок детали, на котором решено изучить микроструктуру. Обычно из этого участка вырезают образец. Если же сама деталь небольшая, то непосредственно на ней выбирается место для подготовки образца. Выбранный участок детали или образца обрабатывается до плоского состояния. Делается это на станках или с помощью напильника. Затем площадку шлифуют на станке или вручную с помощью шлифовальной шкурки. Для этого шкурку укладывают на ровную плотную подставку. Удерживая образец в руке, многократно перемещают его по шкурке. Шкурки берутся разной зернистости, начиная е более крупной; затем постепенно переходят к более мелкой. Зернистость шкурки определяет ее номер: чем мельче зерно шкурки, тем больше ее номер.
      Маркируются шкурки, например, так: КЗ 100, КЗ 180, КЗ 220, КЗ 240, КЗ 280, КЗ 320. Из них самая крупная КЗ 100, самая мелкая КЗ 320. Последняя шлифовка образца производится так называемой микронной шкуркой марки М28. На каждой шкурке образец шлифуется до тех пор, пока не исчезнут риски от предыдущей. При переходе на последующую шкурку образец поворачивается на 90° с тем, чтобы движение образца было перпендикулярно рискам от предыдущей шкурки. Так быстрее достигается хорошая чистота поверхности. Кроме того, в этом случае легче установить, когда можно переходить к следующей шкурке.
      Шлифованную поверхность образца необходимо отполировать. Обычно для полирования образцов применяют специальные станки. На станке, получая движение от эчектродвн гателя, вращается диск с натянутым на нем фетром, бархатом или тонким сукном. На поверхность этих материалов наносят какое-либо абразивное вещество: пасту ГОИ. порошок окиси алюминия, окиси хрома или другие Образец шлифованной поверхностью слегка прижимается к диску и полируется. Разумеется, полировальный станок должен быть изготовлен с соблюдением всех правил безопасной работы. Работать на нем нужно осторожно, не допуская обрыва материала на столике и вылета образца из рук. Образцы полируются до полного исчезновения рисок. При этом поверхность образца обычно становится блестящей, в нее можно смотреться, как в зеркало.
      Шлифованная и полированная поверхность образца называется микрошлифом. Подготовленный микрошлиф необходимо сразу же промыть в воде, просушить фильтровальной бумагой, осторожно прикладывая ее, так же как это делается при промокании чернил. Теперь микрошлиф готов для рассматривания.
     
      КАК УВИДЕТЬ МИКРОСТРУКТУРУ
      Итак, мы подготовили микрошлиф. Но на нем не видно никакой структуры Как же ее увидеть? Вот тут-то нам и пригодится микроскоп. Попытаемся взглянуть на поверхность микрошлифа при увеличении в 100 раз. На поверхности микрошлифа под микроскопом можно увидеть различные включения, например шлаки, окислы, а также поры, раковины. Это все так называемые дефекты металла. Именно таким способом на производстве их и определяют, когда хотят оценить качество металла. Эти дефекты ослабляют металл, снижают его прочность. Чем меньше дефектов наблюдается в металле, тем он прочнее, качество его выше. Рассматривая под микроскопом микро-Шлифы, попутно можно определить и качество подготовки микрошлифа. Если в микроскоп видны большие и глубокие риски, значит, шлиф плохо подготовлен. Недопустимы также и завалы кромок образца. Микрошлиф Считается хорошо подготовленным, если поверхность его ровная, блестящая и в микроскоп не видно никаких рисок, царапин или же их ничтожно мало.
      Для того чтобы увидеть под микроскопом зерна металла, необходимо микрошлиф протравить. Травятся микрошлифы химическими реактивами. При этом различные зерна структуры по-разному реагируют с реактивами. Одни успевают глубже протравиться, другие часто совсем не вступают в реакцию с реактивом. В результате вместо гладкой, блестящей поверхности на травленном микрошлифе получается как бы микроскопическая пересеченная местность. Если теперь на такой шлиф упадет пучок света, то он отразится по-разному от различных зерен. Это и обеспечивает видимость той структуры металла, которую можно наблюдать в микроскоп. Для различных металлов подбираются соответствующие реактивы и режимы травления, т. е. время травления, температура реактива и т. д. Приведем примеры реактивов для некоторых металлов и сплавов:
      для стали: 4%-ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте;
      для меди и медных сплавов: 5%-ный раствор хлорного железа FeCl3 в 10%-ном водном растворе соляной кислоты;
      для алюминия и его сплавов: 1%-ный раствор едкого натра NaOH в воде.
      При составлении реактивов желательно брать химически чистые вещества и дистиллированную воду. Травятся микрошлифы следующим образом. Наливается реактив в фарфоровую чашку. Берется щипцами образец и микрошлифом погружается в реактив на несколько секунд. Время выдержки в реактиве разное для различных металлов и структур и изменяется от нескольких секунд до одной минуты. Продолжительность травления зависит также от концентрации реактива, качества шлифа, степени увеличения микроскопа. Чем крепче раствор реактива, тем короче выдержка. Для больших увеличений микроскопа продолжительность травления должна быть короче. Во время выдержки микрошлиф можно несколько раз вынимать из реактива и снова погружать в него. По окончании травления микрошлиф следует быстро промыть под струей воды и просушить фильтровальной бумагой. Рекомендуется после промывки шлиф смочить в этиловом спирте, тогда он высохнет быстрее. При травлении можно шлиф в реактив не погружать, а протирать его ватным тампончиком, смоченным реактивом. Микрошлифы алюминия и алюминиевых сплавов после травления рекомендуется промывать в горячей воде и просушивать сжатым воздухом, не протирая и не прикасаясь к ним ничем.
      Протравленный, промытый и просушенный микрошлиф можно ставить ка столик микроскопа для рассматривания структуры. Прежде всего нужно определить, хорошо ли протравлен шлиф. Если выдержка в реактиве была велика, то мы увидим в микроскоп темную поверхность металла с разноцветными густыми оттенками — шлиф перетравлен. В этом случае шлиф рекомендуется заново отполировать и протравить уже с меньшей выдержкой. Если шлиф недотравлен, то в микроскоп мы увидим светлую поверхность металла с чуть заметными признаками структуры. Тогда можно повторить травление.
      Хорошая подготовка микрошлифа и правильное травление обеспечивают хорошую видимость структуры. Чудесные картины строения меди, латуни, закаленной стали всегда радуют исследователя. Особенно приятно впервые увидеть внутреннее строение металла самому, своими глазами. Тем более это приятно, когда и микрошлиф сам подготовишь, и реактив разведешь, и микроскоп настроишь удачно. Различные металлы и структуры рассматриваются при разных увеличениях. Для лабораторных работ в школе лучше применять увеличение в пределах от 100 до 500 раз.
      Подготовку реактивов и травление образцов необходимо выполнять с соблюдением безопасных правил работы. Все работы с реактивами нужно вести в вытяжном шкафу. При травлении шлифов рекомендуется на руки надевать резиновые перчатки.
      В школьном уголке термиста рекомендуется хранить образцы разных металлов, сталей с подготовленными микрошлифами. Хорошо бы сгруппировать в одном месте все, что относится к металлографическому способу изучения металлов, и организовать металлографический уголок (фиг. 17). Располагаться он может в той же комнате, что и уголок термиста, или в отдельной. Вот что можно собрать в металлографическом уголке: микроскоп, коллекцию структур, вытяжной шкаф с реактивами, водопроводный кран с раковиной, стол для шлифовки и полировки образцов. На стене можно повесить интересные зарисовки или фотографии структур.
      Выточите из прутка отожженной меди любой марки образец диаметром 10 и длиной 30 мм. На одном из торцов подготовьте микрошлиф и протравите его. Рассматривая медь в микроскоп при увеличении 250 раз, можно увидеть красивую микроструктуру состоящую из разноцветных зерен (фиг. 18). Зерна эти совершенно однородны. Цвет же их разный потому, что зерна неодинаково протравливаются и поэтому неодинаково отражают лучи света.
      Упражнение 11. Макроструктура алюминия
      Вырежьте из алюминиевого листа любой марки (Al, А2 и другие) толщиной 1 мм образец — пластину размером 35 x 55 мм. В центре образца выдавите углубление стальным стержнем диаметром 8 мм со сферическим торцом. Один конец пластины загните и разогните. Отожгите пластину при температуре 450° с выдержкой минут 40 или более. Обезжирьте ее бензином и протравите в концентрированной соляной кислоте в течение нескольких минут до выявления структуры алюминия. Промойте пластину в воде и просушите. Изучите зерна алюминия. Обратите внимание на разную величину зерен в местах деформации (фиг. 19).
      Упражнение 12. Зерна перегретой стали
      Из проволоки стали 45 или У7 диаметром 4 — 6 мм отрежьте образец длиной 100 мм. Нагрейте до температуры 900 — 950°, выдержите при этой температуре 15 мин. и охладите в воде. Сломайте образец в тисках. Изучите в изломе зернистое строение перегретой стали.
     
      СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
      Мы уже упоминали о некоторых свойствах металлов, например об упругости и пластичности. Теперь более подробно познакомимся с различными свойствами металлов.
      Все вещества обладают определенными свойствами. По ним различают одни материалы от других, определяют пригодность материалов для изготовления деталей. Свойства металлов можно разделить на четыре группы: физические, механические, технологические, химические. В зависимости от условий работы, каждая деталь должна обладать определенными свойствами, короче говоря: каждой детали — свои свойства.
      Изменяются свойства по разным причинам, например при изменении химического состава, при деформировании металла или при термообработке. Как и какие свойства изменяются, будет показано при рассмотрении этих свойств. Сначала познакомимся с деформацией.
      Деформацией тела называется изменение его формы под действием сил. В технике встречаются полезные деформации и вредные. Например, при прокатке металла деформация полезна, она необходима, чтобы из большей заготовки прокатать тонкий лист. Если же деталь погнулась в работе — это вредная деформация. Вредной деформацией является и та, которая получается при термообработке. Правда, здесь действуют не внешние силы, а внутренние, в зникающие в самом металле.
      Д формированные металлы часто называют нагарто-ванными. Нагартованные металлы можно отжечь. Разница между нагартованными и отожженными металлами очень большая. Нагартованный металл тверд и упруг, отожженный же мягок и пластичен. Часто местную или поверхностную деформацию металла в холодном состоянии называют наклепом. Наклеп упрочняет металл, повышает его твердость, однако при этом снижается пластичность металла, появляется хрупкость, возникают внутренние напряжения.
     
      ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
      К физическим свойствам металлов относятся: цвет, удельный вес, электропроводность, теплопроводность, температуры плавления и кипения, теплота плавления, теплоемкость, магнитные свойства, расширяемость при нагревании и другие. Со всеми этими свойствами учащиеся ознакомились при изучении курса физики. Поэтому мы рассмотрим только примеры того, как и отчего могут изменяться физические свойства.
      Физические свойства зависят прежде всего от химического состава металла. Например, удельный вес железа равен 7,86 Г1смг, а стали марки У10 7,81 Г1смг. Химический состав влияет и на температуру плавления. Возьмем припой марки ПОС-40. Это сплав, состоящий из 40% олова и 60% свинца. Начинает плавиться он при температуре 183°, а ведь его составляющие плавятся при другой температуре: олово — при 232°, а свинец — при 3278.
      Физические свойства могут изменяться и при деформировании металла. Так, чем больше наклепывать медный провод, тем больше будет его электросопротивление.
      Различные виды термообработки существенно изменяют физические свойства металла. Например, удельный вес закаленной стали меньше, чем удельный вес отожженной. Высокое электросопротивление наклепанного медного провода можно уменьшить отжигом. Изменяются при термообработке и магнитные свойства. Известно, что при нагревании выше температуры 768° магнитные свойства железа и стали теряются. Температура нагрева, при которой теряются магнитные свойства, называется точкой Кюри. При охлаждении же ниже этой температуры магнитные свойства вновь появляются.
      Упражнение 13. Виноват ли магнит?
      Укрепите на штативе постоянный магнит любой формы, например подковообразный. Под ним на основание штатива положите стальной гвоздик или кусочек стального провода диаметром не менее 4 мм.
      Расстояние между гвоздиком и магнитом должно быть таким, чтобы выпущенный из рук гвоздик притягивался к магниту. Теперь нагрейте гвоздик до температуры выше 900° и быстро положите под магнит. По цвету каления гвоздика проследите, какова была его температура, когда он притянулся к магниту.
      Упражнение 14. Горячая запрессовка
      Известно, что металлы при нагревании расширяются, при охлаждении — сжимаются. Это свойство металлов часто используется при горячей запрессовке деталей. Выточите из стали 45 оправку и кольцо
      (фиг. 20). Попытайся vs Остапьнае тесь посадить кольцо на оправку при легком или даже значительном усилии. Это вам не удастся. V.5xu5° П Нагрейте кольцо до
      температуры 500° и, не теряя времени, посадите его на оправ-
      чилось легко. После остывания кольца и оправки попытайтесь разъединить их. Как вы сможете убедиться, это не так просто или даже совсем невозможно.
     
      МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
      Очень часто необходимо знать механические свойства металлов. Даже если основное назначение детали определяется, например, физическими свойствами, как у магнита, все равно механические свойства должны быть достаточными. В самом деле, нельзя же изготовлять такой магнит, который бы разваливался от легкого удара.
      Важнейшие механические свойства металлов следующие: прочность, упругость, пластичность, вязкость, твердость. Металлов с одинаковыми механическими свойствами нет. Одни прочные, другие пластичные. Есть и такие, все свойства которых имеют высокие значения. На конкретных примерах рассмотрим, как влияет термообработка на механические свойства.
     
      ПРОЧНОСТЬ
      Прочностью называется свойство металлов сохранять свою форму, не разрушаясь, под действием приложенных сил. В быту и на производстве — всюду мы встречаемся с прочностью материалов. Например, снег и лед. Легко раздавить кусок снега, но нелегко раздавить кусок льда. Лед прочнее снега. Строительный кирпич прочнее дерева, железобетон прочнее кирпича, а сталь прочнее железобетона. Часто, определяя прочность нитки, мы пытаемся порвать ее, растягивая. Чем прочнее нить, тем большее усилие нужно приложить, чтобы порвать ее.
      А как определяется прочность металлов? Существует несколько способов. Детали или образцы, вырезанные из исследуемого металла, либо растягиваются до разрыва, либо сжимаются, либо изгибаются, либо скручиваются до разрушения. Выбирается такое испытание, которое напоминает действие усилий при работе детали.
      Чаще металл испытывается на растяжение, или, как говорят, на разрыв. Разрывные образцы обычно изготовляются по форме и размерам, показанным на фиг. 21. Растягивается такой образец с помощью разрывной машины. Чем прочнее металл, тем большее усилие должна развивать машина для разрыва. Это усилие записывается или показывается стрелкой; измеряется оно в килограм-
      мах — кГ. Для разных металлов требуются разные усилия для разрыва образцов, хотя размеры их могут быть одинаковыми. Прочность металлов характеризуется величиной ае (сигма вэ), которая называется пределом прочности.
      Определяется св делением усилия, приложенного к образцу для разрыва, на площадь поперечного сечения образца, т. е.
      Предел прочности — это наибольшее напряжение, которое может выдержать металл перед разрушением. По величине предела прочности сравниваются материалы и иногда ведутся расчеты на прочность.
      Для сравнения приведем прочность некоторых материалов (ов в кГ/мм2):
      Сталь 45 закаленная. 80 Железо техническое. 25
      Сталь 45 отожженная 50 Дерево — береза 12
      Предел прочности всегда должен быть больше фактически действующих напряжений. Это делается для того, чтобы обеспечить запас прочности детали во избежание ее поломки.
      Фактическое напряжение легко определить, если известно усилие, действующее на деталь, и сечение детали. Например, тяга растягивается усилием в 1000 кГ. Площадь сечения тяги 20 мм2. Значит, тяга испытывает напря-1000
      жение, равное -^-=50 кГ/мм2. Из какого же материала
      можно изготовить эту тягу? Из березы, конечно, нельзя, хотя она и очень прочное дерево. Нельзя и из железа. Из стали 45 отожженной тоже нельзя: запаса прочности не будет. Тягу можно изготовить только из стали 45 закаленной. В этом случае запас прочности равен ^ = 1,6. Рекомендуемый же запас прочности не менее 1,3.
      Таким образом, чтобы обеспечить прочность детали, необходимо правильно рассчитать размеры ее сечения. Чем больше сечение, тем более надежно будет работать деталь. Но это приводит к увеличению веса машин, что очень нежелательно, так как неэкономично. Гораздо разумнее применять металлы с высоким пределом прочности. Они могут выдерживать те же усилия при меньшем сечении.
      В настоящее время на производстве так и поступают. В нашем примере тягу можно изготовить из легированной закаленной стали с пределом прочности, равным 160 кГ/мм2. Тогда сечение тяги можно будет взять не 20 мм2, а всего лишь 10 мм2. Запас прочности сохранится тот же, а вес детали уменьшится в два раза. В настоящее время имеются стали с пределом прочности до 260 кПмм2, например проволока марки ОВС (особо высокого сопротивления) и другие.
      Ученые стремятся получить металлы с еще большей прочностью. Оказалось, что для этого не обязательно получать сложные сплавы. Наоборот, простые металлы с ничтожно малым количеством примесей могут быть очень прочными, если в строении их кристаллических ячеек мало дефектов. Например, теоретически и уже экспериментально доказано, что очень чистое железо может иметь предел прочности, равный 1340 кГ1мм2. Очень прочную сталь можно получить методом так назьюаемой термомеханической обработки. При этом сталь не только закаливается, но и предварительно деформируется. Такая сталь имеет предел прочности до 360 кГ/мм2.
      Испытания на прочность проводятся не только при обычных условиях, т. е. при комнатной температуре и нормальном давлении. Ведь современные машины и аппараты работают в самых различных условиях. Так, скоростной самолет за несколько часов может перелететь из сибирского города с сорокаградусным морозом в южные края с жарким климатом. При этом все детали самолета не должны терять своей прочности. Металлический корпус ракеты при полете разогревается до температуры в несколько сот градусов. Все это нужно заранее предусмотреть при проектировании и испытать металлы при соответствующих температурах. Испытывают металл при температуре ниже нуля, при высоком давлении и в других условиях.
      Упражнение 15. Прочность на сжатие
      Из отожженного прутка стали марки 45 диаметром 6 мм выточите два образца длиной 15 мм. Один образец установите в тиски и сдавите его по длине насколько возможно. Другой образец закалите (нагрев до температуры 830Q и охлаждение в воде). Закаленный образец попытайтесь так же сдавливать в тисках. Сравните прочность отожженной и закаленной стали.
     
      УПРУГОСТЬ
      Упругостью металлов называется их свойство восстанавливать свою форму после прекращения действия сил. Упругие свойства материала всем хорошо известны. Упругостью обладают обыкновенные лыжи и лыжные палки, гимнастический трамплин и трамплин вышки для прыжков в воду. Во всех металлических пружинах используются упругие свойства металлов.
      Упругими считаются тела, испытывающие упругие деформации. Деформация называется упругой в том случае, если она исчезает после прекращения действия сил. Мы уже познакомились с большой упругостью булатных клинков. Испытывая клинки, их изгибали, подвергая упругой деформации.
      Упругостью должны обладать не только пружинящие детали. Часто упругость как будто и не проявляется, но лишенная упругости деталь не смогла бы нормально работать. Например, железнодорожный рельс прогибается под тяжестью колес проходящего поезда. Но от этого он кривым не становится, потому что рельс испытывает упругую деформацию. Прикладьюая значительные усилия, можно рельс изогнуть так, что он останется кривым. Деформация, которая сохраняется телом, называется остаточной.
      Проектируя деталь, учитывают величину нагрузки, упругость материала и затем так же, как при расчете на прочность, определяют сечение детали. Только в этом случае нагрузка берется не максимальная, а та, при которой появляются остаточные деформации. Упругость материала характеризуют величиной аг (сигма тэ), которая называется пределом текучести и измеряется также в кГ/мм2. Определяется предел текучести при растяжении тех же образцов, на которых определяется и прочность. Предел текучести металла всегда меньше предела прочности. Например, для отожженной стали 45 ае равен 50 кГ/мм2, а ст равен 34 кПмм2.
      Детали чаще рассчитывают по пределу текучести, потому что деталь не только не должна разрушаться в работе, но и не должна давать остаточной деформации.
      Расчетом подбирают такое сечение, чтобы величина фактических напряжений в детали была меньше предела текучести.
      Упражнение 16. Термообработка и упругие свойства
      Вырежьте из отожженного листа стали 65Г толщиной 0,3 — 0,8 мм образец размером 10X40 мм. Зажмите один конец образца в тиски. Проверьте пружинящие свойства образца. Образец легко изгибается и остается изогнутым от небольшого усилия. Теперь выпрямите образец или возьмите другой, но прямой и закалите его по режиму: температура нагрева 800°, выдержка до прогрева, охлаждение в масле; отпуск при температуре 360° в течение 30 мин. Термообработанный образец снова проверьте на упругость. Он пружинит. Можно отжечь образец и снова испытать: он снова не станет пружинить.
     
      ПЛАСТИЧНОСТЬ
      Свойство металлов изменять, не разрушаясь, свою форму под действием сил называется пластичностью. Одни металлы и сплавы обладают высокой пластичностью, их можно гнуть, ковать, штамповать, вытягивать. К таким металлам относится железо, алюминий, латунь, мягкие стали. Другие не обладают почти никакой пластичностью, например серый чугун. Используя пластичность, люди научились быстро и дешево изготовлять многие детали. Такие детали есть и вокруг нас.
      Крышки ручных часов и будильника, кухонная посуда, кузов легкового автомобиля — все изготовлено из высокопластичных металлов. Различные трубы, все заклепки, разнообразные детали сельскохозяйственных машин и многие другие изготовляются с использованием прекрасного свойства металлов — их пластичности.
      Для оценки степени пластичности применяется величина 8 (дельта); выражается она в процентах и назьюается относительным удлинением. Определяется относительное Удлинение при испытании все тех же разрывных образцов, на которых определяется прочность. При растяжении образец не сразу рвется, а сначала вытягивается (фиг. 21). Чем выше пластичность металла, тем больше
      вытягивается образец до разрыва. Подсчитав величину удлинения образца, поделив ее на первоначальную длину и выразив частное в процентах, получают значение относительного удлинения. Величина относительного удлинения для некоторых металлов (3 в %):
      Железо 50 Сталь 45 отожженная 20
      Латунь Л62 49 Чугун серый 0,25
      Зная величины относительного удлинения различных металлов, можно решать, из какого материала изготовлять деталь. Почему, например, строительные гвозди изготовляются из низкоуглеродистой стальной проволоки, а не из стали, скажем, марки У7? Потому что пластичность низкоуглеродистой стали высокая — не менее 30%, что гораздо выше, чем у стали У7. Это как раз и необходимо для изготовления гвоздей и их использования. При изготовлении осаживается головка гвоздя, а при использовании гвозди часто загибаются. В том и другом случае очень нужна пластичность металла.
      Пластичность металлов мы ощущаем всегда, когда пытаемся отделить от мотка кусочек проволоки. Чем выше пластичность металла, тем больше приходится сделать перегибов, чтобы оторвать проволоку. При перегибах происходит наклеп металла, и пластичность его резко уменьшается.
      С повышением температуры растет пластичность металлов, поэтому большинство металлов куют и часто штампуют в горячем состоянии. Недаром в народе говорят: «Куй железо, пока горячо».
      Упражнение 17. Нагрев повышает пластичность
      Стальной пруток диаметром 3 — 8 мм попытайтесь загнуть, а потом попробуйте расплющить его конец. То же самое проделайте, предварительно нагрев пруток до температуры около 1000°. Сравните способность металла к деформации в холодном и горячем состоянии.
      Упражнение 18. Наклеп понижает пластичность, отжиг повышает ее
      Возьмите отожженный медный пруток диаметром 4 — 8 мм и попробуйте его изогнуть. Это нетрудно. Выпрямите пруток, прокуйте его в полосу, не нагревая, и снова попробуйте изгибать. Теперь он изгибается с трудом, даже пружинит. Отожгите полосу при температуре 700° с выдержкой 40 мин. Снова попробуйте изгибать. Отожженная медь стала пластичной и легко деформируется.
      вязкость
      Рассмотренные свойства: прочность, упругость, пластичность — дают нам представление о металле при плавном приложении нагрузки. А что будет с деталью, если на нее будет действовать ударная нагрузка? Многие крепежные
      детали, например болты, шпильки, винты, а также оси, валы, в работе испытывают удары. Время действия нагрузки бывает очень коротким, иногда на деталь мгновенно обрушивается огромное усилие. Как предусмотреть эти удары и как заранее обеспечить детали хорошую прочность на удар? Для этого не обязательно ломать каждую Деталь, определяя ее прочность. Ломают обычно образец, изготовленный из того же металла, что и деталь.
      Форма так называемого ударного образца отлична от формы разрывного. Обычно сечение его квадратное 10x10 мм, длина 55 мм (фиг. 22).
      Испытывается ударный образец на машине, называемой копром (фиг. 22). Удар по образцу осуществляется маятником, вес которого известен. Падая с определенной высоты, маятник на своем пути разрушает образец, совершая какую-то работу. Чем больше работы затрачено маятником на разрушение образца, тем на меньшую высоту он поднимается после разрушения образца. По высоте подъема маятника и определяется работа, необходимая для мгновенного разрушения различных металлов. Зная работу в килограммометрах, затраченную маятником на разрушение образца, делят ее на площадь поперечного сечения образца в квадратных сантиметрах и получают величину ударной вязкости. Обозначается она ан, измеряется в кГм/см2. По величине ап оценивают вязкость металлов.
      Сравнительные величины ударной вязкости некоторых металлов (ан в кГм/см):
      Железо 30
      Сталь 45 отожженная 5
      Серый чугун 0,5
      Как видно, для разрушения серого чугуна требуется совсем небольшое усилие. Это известно каждому: чугунные изделия легко ломаются при падении на пол, при,легких ударах.
      Способность металлов выдерживать, не разрушаясь, ударные нагрузки называется вязкостью. Металл, который может выдерживать сильные удары, называется вязким. Наоборот, металлы, которые разрушаются при незначительных ударах, называются хрупкими. Большой вязкостью обладают простые металлы: железо, медь, алюминий, никель и другие. Стальные закаленные, но неот-
      пущенные детали очень хрупки. Детали, даже отпущенные, но имеющие высокую твердость, тоже хрупки. Необходимо оберегать от ударов режущий инструмент: фрезу, метчик, резец и т. д.
      С помощью термообработки можно придавать деталям различную вязкость. При неправильной закалке деталь может быть хрупкой, что недопустимо и опасно. Так, ударная часть зубила должна быть термообработана на невысокую твердость, иначе при ударе молотком возможно выкрашивание металла зубила.
      Упражнение 19. Хрупкость опасна
      Из листовой отожженной стали 65Г толщиной 0,4 — 0,8 мм изготовьте две пластины размером 20 X ХЗО мм. Зажмите одну пластину в тиски и слегка ударьте молотком по выступающей части. Пластина не ломается, она может только согнуться. Выпрямите первую пластину, обе вместе закалите (нагрев 800°, выдержка до прогрева, охлаждение в масле).
      Так же, как и в случае до закалки, испытайте одну пластину на удар. Молотком ударяйте от себя, в сторону, где нет людей. Закаленная пластина от удара легко ломается, она хрупка. Вторую пластину отпустите при температуре 360° и испытайте на удар. Эта пластина стала более вязкой и при таком же ударе может не сломаться.
     
      ОСОБО О ТВЕРДОСТИ
      Твердость — это свойство металла сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела. Твердость, пожалуй, самое знакомое нам свойство металлов. Мы привыкли разделять не только металлы, но и другие материалы на твердые и мягкие. Строгая ножом березовую ветку, мы говорим: «О, какая твердая». Гораздо мягче сосновое дерево. Пробираясь по болоту, мы ступаем на «мягкие» кочки, выйдя на поле, шагаем по «твердой» тропинке. В прежние времена, чтобы определить полноценность монеты, торговец брал ее и пробовал на зуб. Поддельные монеты часто оказывались мягкими. Разумеется, в наше время металл на зуб не пробуют. Однако оценка металлов по твердости во многих случаях сохранилась.
      Распространенным методом определения твердости является метод царапания. У путешественников или геологов имеется набор минералов с известной твердостью. Чтобы определить твердость найденного минерала, его царапают минералами с известной твердостью. Те, что тверже найденного, оставляют на нем царапину.
      Пока что самым твердым естественньм веществом остается алмаз. Алмаз широко применяется в технике. Из него изготовляют не только стеклорезы, но и приспособления для правки шлифовальных кругов, резцы, коронки буровых машин. Разумеется, алмазной является
      только сама рабочая часть этих инструментов. На практике при определении твердости закаленных деталей иногда используется принцип царапания тарированными напильниками, т. е. напильниками, имеющими известную твердость. Напильник с твердостью большей, чем у испытуемой детали, оставляет на ней царапины, запиливает ее. Напильник с меньшей твердостью скользит по поверхности детали. Это самый удобный и быстрый способ определения твердости стальных закаленных деталей. В современной технике необходимо точно определять твердость и выражать ее числами. Для этого широко применяются твердомеры. Существуют разные конструкции твердомеров. Принцип работы большинства из них основан на внедрении в испытуемый металл твердого инструмента. В одних приборах таким инструментом является алмазный конус (метод Роквелла), в других — стальной шарик (метод Бринелля) и т. д.
     
      ТВЕРДОМЕР ТК
      Твердомеры ТК, выпускаемые краснодарским заводом «Краснолит» и другими заводами, или подобные им твердомеры РВ служат для массового испытания твердости деталей. Твердомеры ТК и РВ называются также приборами Роквелла.
      Рабочий инструмент этих твердомеров — алмазный конус. Он внедряется под действием груза в поверхность испытуемой детали. Чем мягче металл детали, тем глубже внедряется алмаз, тем меньше число твердости. Твердость выражается в условных единицах HRC (аш эр це). Если на таком приборе измерить твердость закаленного быстрорежущего резца, то она окажется равной HRC=60 -f- 65. Твердость шестерни равна обычно HRC=40 ч-45. Чем тверже металл, тем число HRC выше. Букву Н часто не пишут, пишут просто RC. Схема твердомера ТК показана на фиг. 23.
      Испытуемая деталь укладывается на столик и вращением винта за маховик подводится до упора с алмазом, после чего производится испытание. Значение твердости показывает стрелка прибора, останавливающаяся против какого-либо деления шкалы. Прибор рассчитан на три интервала твердости, поэтому у него три варианта грузов. Для определения твердости сталей пользуются алмазным конусом, нагрузкой 150 кГ и шкалой С. Для определения твердости цветных металлов пользуются стальным шариком диаметром 1/1в дюйма, нагрузкой 100 кГ и шкалой В.
      Для измерения твердости деталь нужно надлежащим образом подготовить. Опорная и испытуемая поверхности должны быть перпендикулярны к оси алмаза. Чистота обработки должна быть хорошей, но не ниже V 6, а на опорной поверхности не ниже V 5. Такая поверхность получается, например, при зачистке деталей шкуркой номера 280 или более мелкой. С обзих поверхностей детали необходимо удалить загрязнения, смазку, окалину. Для этого деталь обычно шлифуют или зачищают шкуркой.
      На приборах ТК и РВ возможно испытывать детали, имеющие твердость в пределах от 20 до 70 HRC. Можно на приборах определять твердость деталей, имеющих криволинейные поверхности, например цилиндрические, но Для этого нужен другой опорный столик-призма. Необходимо выполнять также и другие требования, описанные в инструкции на прибор. Необходимо строго следить за качеством алмаза. Испорченный алмаз будет давать неверные показания. Алмаз нужно оберегать от ударов.
      Если твердость деталей небольшая, то обычно применяются твердомеры ТШ или ПБМ, которые называются также приборами Бринелля. Твердомер ТШ показан на фиг. 24. Для измерения твердости деталь укладывается на столик и винтом поджимается до упора с шариком. Затем включается прибор, и шарик под действием усилия, передаваемого рычагами от грузов, начинает вдавливаться в поверхность детали, образуя на ней отпечаток в виде круглой лунки. Чем больше твердость детали, тем на меньшую глубину может вдавиться шарик, а значит, и диаметр лунки получится меньше. По диаметру отпечатка часто и задается твердость. Например, стальная оправка должна быть термообработана на твердость 3,3 —
      3,7 мм. Это значит, что отпечаток шарика на этой оправке должен быть в пределах от 3,3 до 3,7 мм. Если отпечаток будет больше 3,7 мм — деталь мягкая, если меньше 3,3 мм — деталь твердая. Определяется диаметр отпечатка с помощью специального отсчетного микрос юпа типа МПБ-2. Микроскоп имеет шкалу с делениями, равными 0,1 мм. По этой шкале и измеряется диаметр отпечатка в миллиметрах с точностью до 0,05 мм. Для измерения диаметра отпечатка можно также использовать любой измерительный инструмент, обеспечивающий достаточную точность.
      Твердость чаще задается не в миллиметрах диаметра отпечатка, а величиной НВ (аш бэ), измеряемой в кГ/мм2 (килограмм-сила на квадратный миллиметр). Что это за величина? Она определяет твердость детали как силу Р, приходящуюся на квадратный миллиметр площади S отпечатка шарика, кГ/мм2.
      Отпечаток представляет собой шаровой сегмент. Площадь шарового сегмента равна:
      где D — диаметр шарика в мм; d — -диаметр отпечатка в мм.
      Для того чтобы каждый раз не вычислять площадь по этой формуле, для удобства работы составлена переводная таблица, где величина НВ определяется по значению Диаметра отпечатка (табл. 1).
      В нашем примере твердость стальной оправки можно обозначать не 3,3 — 3,7 мм, а ЯВ=341 -У 269. Размерность кГмм2 часто не пишется.
      Присмотримся к табл. 1. Что это за нагрузки указаны во второй и третьей колонках? Дело в том, что твердомеры ТШ и ПБМ имеют комплект грузов, позволяющих создавать определенную нагрузку на шарик. Для различных материалов, для разной толщины деталей нагрузка разная. Для стальных деталей нагрузка чаще принимается равной 3000 кГ. Чтобы создать такую нагрузку, все имеющиеся грузы подвешиваются на рычаг прибора. Для деталей из цветных металлов нагрузка принимается равной 1000 кГ, в этом случае для перевода чисел твердости нужно пользоваться не второй колонкой табл. 1, а третьей. Например, если диаметр отпечатка на отливке из сплава AJ19 равен 3,3 — 3,7 мм, то твердость его равна ЯД=114 I- 89,7 кГ/мм2.
      Твердомер ПБМ конструктивно отличается от описанного прибора ТШ. Однако прибор ТШ удобней, работать на нем проще.
      Для измерения твердости на этих приборах детали необходимо подгот влять так же, как в случае испытания на приборе ТК- Для сравнения чисел твердости, измеренной на приборах ТШ и ТК, т. е. значений НВ и HRC, существуют специальные таблицы вроде нагшй табл. 2. Определим, например, какую твердость по Роквеллу имеет наша оправка, если ее твердость по Бринеллю равна 341 — 269.
      Согласно табл. 2, твердость нашей оправки должна быть HRC 37 ; 23. Наоборот, если бы у нас был только твердомер ТК и твердость оправки была бы НRC =37 ; 28, то, пользуясь табл. 2, мы смогли бы сказать: а на приборе ТШ эта оправка показала бы твердость НВ=341 ; 269. Правда, эти переводные таблицы дают некоторую погрешность, но для ориентировочных вычислений они вполне пригодны.
      Таблица 2
      Существуют и другие способы измерения твердости. Есть приборы для измерения твердости очень мелких деталей. Для измерения твердости массивных деталей существуют переносные твердом,.ры.
      Измерение твердости — это самый удобный и доступный способ определения механических свойств. При испытании твердости деталь не разрушается. Поэтому на производстве часто определяют твердость каждой детали, особенно если они проходят термообработку.
      Зная твердость, ориентировочно можно судить и о прочности детали. Для этого используется такое соотношение: =0,33 НВ для закаленных сталей и ае =0,36 ИВ для отожженных сталей. Например, если наша стальная оправка имеет твердость ИВ=341 кГ/мм2, то, согласно первой формуле, пр.дел прочности ее равен ав=112,5 /сГ/лш2. Зная же предел прочности, можно как-то судить и об упругости. Пластич-н сть же тем мее ьиг, чем выше твердость детали.
      Таким образом, знание твердости дает нам многое. Не отражает твердость только вязкости деталей. Детали с одной и той же твердостью могут быть: одни — хрупкими, другие — вязкими. Однако одна и та же деталь всегда достаточно вязка, если твердость ее мала. Например, отожженная сталь вязкая и ее твердость не выше 269 ИВ. Наоборот, закаленная сталь, имеющая высокую твердость — до 60 HRC, не может быть очень вязкой, она хрупкая.
     
      ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
      К технологическим свойствам относятся способность металлов свариваться, закаливаться, прокаливаться, коваться, штамповаться, легко плавиться и заполнять литейные формы, обрабатываться на станках и приобретать хорошую чистоту поверхности. Во всех этих случаях проявляются какие-либо рассмотренные нами физические или механические свойства. Например, известно, что металл с высокой твердостью труднее обрабатывать резцам, чем тот же металл отожженный. Отполировать до зеркального блеска легче деталь, закаленную на высокую твердость, чем такую же деталь после отжига.
      Рассмотрим отдельно только два технологических свойства: закаливаемость и прокаливаемость.
     
      ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ
      Закаливаемостью называется способность стали повышать свою твердость при закалке. Известно, что железо не закаливается, не повышает своей твердости при закалке. Да и не всякая сталь на это способна. При закалке заметно повышает свою твердость только сталь с содержанием углерода не менее 0,35%. Сталь марки 10 или даже 20, сталь марки Ст. 3 практически не закаливаются. А вот стали марки 35 или 45 уже хорошо закаливаются. Тем более сильно закаливаются стали У7, 65Г. Но не все стали закаливаются на одинаковую твердость. Одни дают максимальную твердость HRC 65, например У10, другие только HRC 50 и т. д.
      Упражнение 20. Закалится ли?
      Изготовьте два одинаковых образца размерами: сечение 10 X10 мм, длина 50 мм. Один образец из стали 20 или Ст. 3, другой из стали У10. Оба образца закалите и определите их твердость на твердомерах и напильниками. Для закалки образец из стали 20 или Ст. 3 нагрейте до температуры 900°, образец У10 — до 770° и охладите оба образца в воде.
     
      ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ
      Прокаливаемость — это способность стали закаливаться на определенную глубину. Спроектировал, например, конструктор стальную ось 50 мм в диаметре. Выбрал
      материал — легированную сталь и задал твердость для нее ИВ — 269 — 341. Все это конструктор рассчитал, исходя из той нагрузки, которую будет испытывать ось в работе.
      Предполагается, что по всему сечению оси твердость будет равна 269 — 341 ИВ. Если же внутри оси твердость окажется меньше, то ось при работе может изогнуться или даже сломаться. Поэтому при конструировании, если это необходимо, нужно выбирать такую сталь, которая прокаливается насквозь. Не все стали прокаливаются на одинаковую глубину. Углеродистые стали могут дать такую твердость только на поверхности. Сердцевина будет, как говорят, сырая. А вот легированные стали прокалятся насквозь, и по всему сечению твердость будет в заданных пределах.
      Упражнение 21. Прокалится ли?
      Изготовьте два одинаковых образца диаметром 30 мм и длиной 75 мм. Один из стали 45, другой из стали 20ХНЗА. Оба образца закалите и отпустите при температуре 400°. Режим закалки: нагрев до температуры 830°, охлаждение стали 45 в воде, стали 20ХНЗА — в масле. На торцах термообработанных образцов определите твердость. Сравните твердость в центре торца и около цилиндрической поверхности. Затем разрежьте оба образца попопам перпендикулярно продольной оси. Сравните твердость у стали 45 и 20ХНЗА на свежезачищенных торцах.
     
      ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
      Ответственной и почетной задачей металловедов является создание новых сплавов с высокими химическими свойствами. Какие же химические свойства металлов имеются в виду? Прежде всего коррозионная стойкость и жаростойкость. Коррозионная стойкость — это способность металла сопротивляться окислению от воздействия кислорода воздуха, воды и других сред. Жаростойкость — это способность металла сопротивляться окислению при по-выш. иных температурах.
      Известным врагом металлов является коррозия. Она «пожирает» все, что не защищено от ее крепких зубов. Металлы красят, покрывают в гальванических цехах, смазывают — все для того, чтобы защитить от коррозии. Однако лучшим средством борьбы с коррозией является придание самому металлу нержавеющих свойств. Такие стали или сплавы уже есть, они так и называются — нержавеющие. Из них изготовлены многие детали машин, медицинский инструмент, даже столовые вилки, ножи и ложки. Хорошо сопротивляются коррозии благородные металлы, алюминий, цинк, титан и другие.
      Выбирая металл для изготовления той или иной машины, нужно всегда помнить о его коррозионной стойкости. Можно построить красивую и прочную машину, но не обеспечить высоких химических свойств деталям машины. Через некоторое время эта машина может потерять свой блеск и свою былую прочность.
      Химическая стойкость металлов зависит не только от химического состава металла, но и от его структуры. Но это уже более сложный вопрос, и его изучают при освоении специальности термиста.
     
      МЕТАЛЛЫ
      Черными металлами называются сталь и чугун — сплавы железа с углеродом. В стали углерода содержится до 2%, в чугуне больше 2%. Кроме углерода, в стали и чугуне могут быть и другие элементы, которые специально добавляют в металл при его выплавке. Так, например, в нержавеющую сталь, обычно добавляют хром или хром и никель. Такие полезные элементы называются легирующими. Сталь, имеющая такие полезные добавки, называется легированной. Чугун с такими полезными добавками также называется легированным.
      В черных металлах имеются и вредные примеси, например фосфор. Чем меньше этих примесей, тем металл качественнее и дороже.
      Разный химический состав стали и чугуна придает им разные свойства. Большинство деталей машин, все инструменты изготовляются из сталей. Ввиду большого разнообразия сталей их принято подразделять, во-первых, по химическому составу, во-вторых, по назначению. По химич:скому составу все стали подразделяются на углеродистые, не имеющие специальных добавок, и легированные. По назначению стали подразделяются на следующие основные группы: конструкционные, инструментальные и специальные. Мы познакомимся со сталями по группам назначения.
      Само название «конструкционные» подсказывает назначение сталей этой группы. Из таких сталей изготовляют детали различных конструкций: машин, механизмов, приспособлений, приборов, строительных сооружений. Какие же это стали? Во-первых, углеродистые стали обыкновенного качества марок: Ст. О, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7. Чем меньше цифра в марке стали, тем меньше в ней углерода. В отличие от этих сталей есть другие — углеродистые качественные стали марок: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85. Эти стали обозначаются только двузначным числом, например сталь 45. В этих сталях двузначное число соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента.
      Стали качественные применяются для более ответственных деталей, особенно подвергающихся термообработке.
      Содержание углерода существенно влияет на свойства сталей. Техническое железо, не содержащее углерода, менее прочно, чем любая сталь. Предел прочности технического железа равен 25 кГ/мм?, а стали марки 45 — около 50 кГ /мм?. Чем больше в стали углерода, тем она прочнее, тем выше ее твердость после закалки. Этим и определяется применение этих сталей. Из низкоуглеродистых сталей изготовляются детали, которые должны быть пластичными или должны хорошо свариваться. Так, арматура железобетонных конструкций изготовляется из стали Ст. 0, для прочных конструкций — Ст. 5. Широко распространенная сталь марки Ст. 3 используется для строительных конструкций промышленных и гражданских сооружений, для постройки мостов. Из сталей 20 и 30 изготовляют крюки, оси, втулки, болты, гайки, рычаги, шайбы. Стали с большим содержанием углерода применяются для деталей, требующих повышенной прочности. Например, валы, шестерни изготовляют из стали 45 и подвергают термообработке.
      В качестве конструкционных часто используются легированные стали. Обозначаются они следующим образом. Впереди всегда стоит двузначное число, означающее содержание углерода в сотых долях процента. Затем идут буквы, которые означают элементы, входящие в состав стали. Каждый элемент обозначается какой-либо буквой русского алфавита:
      X — хром В — вольфрам Т — титан
      Н — никель Ф — ванадий Б — ниобий
      С — кремний М — молибден Ю — алюминий
      Г — марганец К — кобальт Р — бор
      Если после буквы нет никакой цифры, значит, такого элемента в стали около 1 % или меньше. Если цифра есть, то она показывает примерное содержание элемента в целых процентах. Так, легированная сталь 40Х содержит 0,40% углерода, 1% хрома, остальное железо. Буква А, стоящая в конце мерки, означал1 высококачественные сорта сталей, имеющих мало вредных примесей, например сталь 20ХНЗА. Легированные конструкционные стали применяются для изготовления различных строительных конструкций, деталей машин. Свойства этих сталей разнообразны, качество выше, чем углеродистых.
      Легированные стали прочнее. Предел прочности, например, стали 40Х после закалки и отпуска равен 100 кГ/мм2. Есть легированные стали еще более прочные: предел прочности стали ЗОХГСА равен 110 кГ/мм2, 18ХНВА — более 115 кГ/мм2.
      Существенная разница между углеродистой и легированной сталью состоит еще в способе закалки. Углеродистые стали закаливаются только в воде. Они требуют быстрого охлаждения. В масле могут закаливаться только очень тонкие детали из углерод истой стали — толщиной менее 5 мм. Легированные же стали все закаливаются в масле. Больше того, сталь 18ХНВА может закаливаться даже на воздухе, т. е. при нормализации. При охлаждении в масле или на воздухе меньше бывает брака деталей из-за трещин и деформации, чем при охлаждении в воде.
      Большое практическое значение имеет высокая прокаливаемость легированных сталей. Крупные валы, шатуны, большие шестерни изготовляют обычно из легированных сталей.
      Разб рем теперь, каким же видам термообработки подвергаются конструкционные стали, каково назначение и каковы режимы термообработки.
     
      ЗАКАЛКА
      Конструкционные стали обычно закаливаются на твердость не выше 55 HRC. Да они и не могут закалиться сильнее, потому что в них сравнительно мало углерода. После закалки детали обязательно отпускаются. Конструкционные стали обычно отпускаются при высокой температуре (30J — 600°); это — высокий отпуск. Закалка Деталей с последующим высоким отпуском называется
      улучшением. Такая термообработка улучшает механические свойства: детали имеют и высокую прочность и достаточную пластичность.
      В табл. 3 приводятся температуры закалки некоторых марок конструкционных сталей.
      Таблица 3
     
      ОТПУСК
      После закалки детали имеют максимальную твердость. Однако закаленные детали очень хрупки. Чтобы устранить хрупкость, улучшить пластические св йства, детали отпускают. Твердость при этом падает. Чем выше температура отпуска, тем меньше твердость детали. В конце концов деталь можно отпустить так, что она будет такой же мягкой, какой была до закалки. Поэтому термист должен всегда знать, при как й же температуре отпускать деталь, чтобы получить заданную твердость. Температура отпуска зависит в основном от марки стали. Зависит она и от размеров детали. Мелкие д тали обычно закаливаются сильнее, и отпускать их приходится при температуре более высокой, ч.м крупные. Необходимо в школьном уголке термиста практически определить температуры отпуска для д талей, которые будут часто подвергаться термической обработке. Ориентировочно можно пользоваться данными табл. 4. В таблице привод itch средние значения температуры. Возможны некоторые отклонения.
      Таблица 4
      При отпуске изменяются не только твердость, но и другие механические свойства стали. Чем выше температура отпуска, тем ниже прочность и выше пластичность. Графически это показано на фиг. 25.
      После отпуска детали обычно охлаждаются на воздухе. Однако необходимо иметь в виду, что некоторые легированные стали (20ХНЗА, ЗОХГСА, 40Х и другие) после отпуска следует замачивать в масле. Это обеспечит деталям лучшую вязкость, не изменяя их твердости.
      Отжигаются стали с целью смягчения перед механической обработкой, после литья для снятия напряжений, для улучшения структуры после ковки. Отжигом можно устранить перегрев стали. Практически температуру отжига можно брать ту же, что при закалке, или несколько меньшую. Легированные стали после выдержки желательно охлаждать медленнее, чем углеродистые. Твердость углеродистых сталей после отжига 131 — 207 НВ, легированных сталей несколько выше — до 241 НВ.
      Нормализации обычно подвергаются низкоуглеродистые стали. Цель нормализации та же, что и отжига, однако прочность и твердость после нормализации выше, а процесс проще.
     
      СТРУКТУРА КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ
      Основные разновидности структур конструкционных сталей следующие. В отожженном и нормализованном виде сталь состоит из смеси структурных составляющих — феррита и перлита. Феррит — составляющая очень мягкая и пластичная, но малопрочная. Перлит — смесь частичек феррита и карбида железа (цементита). Перлит имеет среднюю твердость и среднюю пластичность. Структура отожженной стали 45 показана на фиг. 26.
      В закаленном виде сталь состоит из мартенсита. Это очень твердая и хрупкая структура. Твердость мартенсита более 60 HRC. На фиг. 27 показана структура закаленной стали 45.
      При отпуске мартенсит превращается в другую структуру — сорбит отпуска с твердостью меньшей, чем у мартенсита, но с вязкостью большей, чем у мартенсита.
     
      СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАЛИ
      Некоторые детали машин, приборов, аппаратов изготовляют из специальных легированных сталей. Такие стали обладают каким-либо определенным сильно развитым физическим или химическим свойством, каким вовсе не обладают остальные стали или обладают в весьма слабой степени.
      Нержавеющие стали марок 1X13, 2X13, 3X13 и 4X13 не ржавеют на воздухе и под действием воды. Из них изготовляют клапаны и валики водяных насосов, лопатки паровых турбин, предметы домашнего обихода. Стали могут закаливаться до твердости 50 HRC.
      Кислотостойкие ста^и, например Х18Н9Т, Х17, применяются для изготовления аппаратуры, работающей при невысокой температуре в кислоте и в воде. Стали закаливаются, но твердость их при этом не повышается. Цель закалки этих сталей — повысить коррозионную стойкость.
      Жаростойкие (окалиностойкие) стали Х25Н20С2 и другие не окисляются при нагреве до температуры 1000°. Из них изготовляют различные детали термических печей (муфели, конвейеры, подовые плиты).
      Жаропрочные стали способны сохранять свою прочность при нагреве до температуры 650°. Жаропрочными являются стали Х5М, 1Х12Н2ВМФ и другие.
      Электротехнические динамные стали марок Э11, Э12 и другие идут на изготовление полюсов электрических машин. Сталь Э41 трансформаторная. Из нее изготовляют сердечники трансформаторов.
      Для постоянных магнитов используются стали с индексом Е, например EX, ЕХЗ и другие.
     
      ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
      Инструментальными называются стали с большим содержанием углерода. Имеется несколько марок инструментальных углеродистых сталей, обозначаемых буквой У: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Цифры, стоящие после буквы У, указывают содержание углерода в десятых долях процента.
      Инструментальные стали с тем же содержанием углерода, но с меньшим содержанием вредных серы и фосфора и поэтому более стойкие в работе обозначаются буквой А, например: У8А. Это — высококачественные инструментальные углеродистые стали.
      Инструментальные стали используются для изготовления различных инструментов, которые закаливаются на высокую твердость. Однако известно, что чем больше в стали углерода и выше ее твердость, тем сталь менее вязкая. Поэтому инструмент, работающий с ударами, изготовляется из инструментальной стали с самым малым содержанием
      углерода. Так, клейма, зубила, ножи, сельскохозяйственные косы, д. р.вообрабатывающий инструмент изготовляются из стали У7. Из этой же стали часто изготовляют и пружины. Из сталей У8 и У9 изготовляются рабочие части штампов: пробивные пуансоны, матрицы. Для режущего инструмента: фр. з, резцов, св. рл, метчиков, пла-Ш-К, разверток используются стали У10 и У12 (фиг. 28). Измерительный инструмент (калибры, скобы) изгот в-ляют также из стали У10. Самая твердая сталь У13 используется, например, для бурового инструмента. Такой инструмент тр.буст особо высокой твердости для предотвращения быстрого истирания.
      Фиг. 28. Режущий инструмент с твердостью рабочей части не ниже 60 HRC.
      Для изготовления режущего, штамповочного и измерительного инструмента используются часто легированные инструментальные стали. Стойкость такого инструмента выше, ч.м инструмента из углеродистой стали. Обозначаются легированные стали теми же буквами, что и конструкционные. Впереди букв стоит число, показывающее сод ржание углерода в д сятых долях процента. Так, сталь 9ХС содержит 0,9% угдерода, по одному проценту хрома и кремния, остальное железо. Если впереди букв цифры нет, значит, углерода в стали 1% или выше, как, например в стали ХВГ.
      Закалка инструмента производится для повышения его твердости и прочности. Инструмент из углеродистой стали закаливается в воде или соляном растворе, а из легированной стали — в масле. Инструмент из углеродистой стали небольшого сечения, например толщиной 2 мм и менее или диаметром не более 5 мм, можно закалить в масле.
      Инструментальные стали — самые твердые. Твердость этих сталей может быть доведена до 66 HRC. Это придает инструменту прочность и износостойкость, способность резать другие металлы.
      Структура закаленной инструментальной стали — мартенсит и карбиды. Карбиды — это химические соединения железа или легирующих элементов с углеродом, например Fe3C — карбид железа, или цементит.
      Температура закалки некоторых марок инструментальных сталей приведена в табл. 5.
      Отпуск проводится для уничтожения высокой хрупкости после закалки и повышения вязкости инструмента. Закаленный режущий инструмент (резцы, сверла, фрезы, метчики, плашки), изготовленный из инструментальной стали, обычно отпускается на твердость HRC =60 64.
      Для получения необходимой твердости инструмент отпускают при строго определенной температуре. Температуры отпуска некоторых инструментальных сталей приведены в табл. 6. Возможны отклонения от указанных температур, это зависит от условий термообработки, вида инструмента и некоторого отклонения действительного химического состава от марочного.
      Таблица 6
      Температура отпуска некоторых инструментальных сталей
      Отжиг инструментальных сталей проводится обычно с целью их смягчения перед механической обработкой. Заготовки или детали из углеродистых сталей отжигаются при температуре 759 — 770°. Легированные стали ХВГ, ХГ, 9ХС отжигаются при температуре 78Э — 800°.
      Твердость отожженной углеродистой инструментальной стали около НВ=187 — 217, легированной — около ИВ =228 -f 255.
     
      БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ
      Быстрорежущие стали составляют особую группу легированных инструментальных сталей. Они обозначаются буквой Р (от английского слова «рапид» — быстрый). Основные марки этих сталей — Р18 и Р9. Основной легирующий элемент в них — вольфрам, в стали Р18 его 18%, а в стали Р9 его 9%. В отожженном состоянии стали имеют твердость ИВ=207 255.
      Быстрорежущие стали закаливаются на высокую прочность (зв до 300 кГ /мм2) и твердость ЯЯС — 62 — 65. Главное их достоинство — высокая тепловая стойкость. Это означает, что быстрорежущая сталь, даже нагретая до температуры 600°, т. е. до темно-красного цвета, не теряет своей высокой твердости. Поэтому эти стали и называют красностойкими. В отличие от них другие инструментальные стали теряют высокую твердость уже при нагреве до температуры 200 — 250°. Благодаря высокой красностойкости быстрорежущие стали с успехом применяются для изготовления режущего инструмента.
      Для закалки быстрорежущие стали нагреваются до температуры 1240 — 1260°. Обычно инструмент предварительно подогревается сначала до температуры 350 — 400°, а затем до 850°. Нагревается инструмент в соляных высокотемпературных ваннах или токами высокой частоты (т. в. ч.) Выдержка при высокой температуре небольшая — до прогрева, охлаждение в масле. Закаленный инструмент отпускают два-три раза по режиму: нагрев до температуры 560° с выдержкой минут 30 — 60 после прогрева, охлаждение на воздухе.
      Быстрорежущие стали могут закаливаться на воздухе, за что их раньше называли «самокалом». Однако практически инструмент чаще закаливается в масле, потому что его режущие свойства получаются лучше при охлаждении в масле, чем при охлаждении на воздухе.
      Из быстрорежущей стали изготовляют не только цельный инструмент, но и пластинки, являющиеся рабочей частью составного режущего инструмента. Пластинки припаиваются к державкам из углеродистой стали. Это экономит дорогую быстрорежущую сталь. Пластинки изготовляют и из твердых сплавов, содержащих карбиды вольфрама (пластинки типа В Кб и другие) или карбид вольфрама и карбид титана (пластинки типа Т15К6 и другие). Твердосплавные пластинки изготовляют следующим образом. Порошок карбидов смешивают с небольшим количеством порошка связующего металла. Эту смесь прессуют под большим давлением, получая пластинку нужного размера и формы. Затем пластинку спекают при высокой температуре. В твердых сплавах связующим веществом является кобальт. Твердость таких сплавов выше 70 HRC, измерять ее на приборе ТК алмазом при нагрузке 150 кГ нельзя, можно измерять при нагрузке 60 кГ. Красностойкость твердых сплавов выше красностойкости быстрорежущих сталей: свою высокую твердость они сохраняют при нагреве до температуры 800° и более.
      Быстрорежущие стали — в особенности твердые сплавы — типичные инструментальные материалы, применяемые при скоростной обработке металлов. Без быстрорежущих сталей и твердых сплавов скоростная обработка металлов была бы немыслима.
     
      ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ О СТАЛЯХ
      В школьном уголке термиста можно провести все указанные виды термообработки, о которых было рассказано на предыдущих страницах. Операции отжига, нормализации и отпуска не требуют особых пояснений. Выполняются они просто, важно лишь соблюдать режимы термообработки. Гораздо труднее правильно закалить деталь, получить высокую твердость, не допустить трещин и деформации. Приведем некоторые советы.
     
      КАК ПОЛУЧИТЬ ВЫСОКУЮ ТВЕРДОСТЬ
      Прежде всего нужно правильно выбрать марку стали. При термообработке строго контролировать температуру, соблюдать режимы. Опустив деталь в закалочный бак, следует энергично перемещать деталь в воде или масле. Тогда на детали не появится мягких пятен. Мягкое пятно может быть и там, где деталь держали клещами. Иногда к детали лучше прикрепить проволочную петлю и закаливать деталь с помощью клюшки.
      КАК избежать трещин
      Для этого необходимо правильно подобрать охлаждающую среду. Если деталь может закалиться в масле, незачем ее охлаждать в воде. Чем медленнее охлаждение, тем меньше возможность появления трещин. Часто, чтобы избежать трещин, деталь при закалке охлаждают через воду в масле. Это значит, что пока температура детали падает до 400 — 300°, деталь можно держать в воде, а затем перенести в масло. Научиться вовремя переносить деталь в масло — серьезная задача для термиста. Если перенести рано — не получить высокой твердости, если опоздать — на детали могут появиться трещины. Охлаждать деталь при закалке не обязательно до комнатной температуры, можно до теплого состояния.
      Трещины могут появиться и после закалки, если деталь длительное время не отпускать. Отпускать закаленные Детали необходимо как можно быстрее, желательно сразу же после закалки.
      Если деталь изготовлена из углеродистой стали и имеет отверстия, то перед закалкой отверстия необходимо забить сухим асбестом. Конечно, не следует забивать рабочие отверстия, где нужна высокая твердость.
     
      НЕ ДОПУСКАЙТЕ ДЕФОРМАЦИИ
      Чтобы избежать деформации при любом виде термообработки, необходимо помнить прежде всего о высокой пластичности нагретого металла. Разогретые детали очень пластичны и легко могут деформироваться при неправильной укладке в печи или при неаккуратном обращении.
      Охлаждать детали длинные и тонкие нужно вертикально. Так закаливаются развертки, фрезы, метчики, отвертки, оправки (см. цветную вклейку).
     
      КАК ЗАКАЛИТЬ ЧАСТЬ ДЕТАЛИ?
      Действительно, как же закалить, например, железку рубанка? Резец рубанка условно называется железкой, на самом же деле он изготовляется из инструментальной стали У8 или У9, рабочая часть его на длине 50 мм закаливается на твердость HRC=53 -?60. Чтобы обеспечить такую твердость рабочей части, а нерабочую оставить незакаленной, возможно несколько вариантов термообработки.
      Первый вариант. Нагреть резец полностью, закалить рабочую часть. Отпустить полностью или рабочую часть.
      Второй вариант. Нагреть в соляной ванне только рабочую часть резца и закалить ее. Отпустить рабочую часть или полностью весь резец.
      Третий вариант. Нагреть резец, закалить его полностью. Отпустить при температуре 280°. Отпустить нерабочую часть при температуре 700°, нагревая ее в соляной ванне.
      Четвертый вариант. Закалить резец с самоотпуском на фиолетовый цвет.
     
      ПОПРОБУЙ ОТРИХТОВАТЬ
      Металлические детали часто приходится рихтовать. Рихтовать мягкий металл приходилось каждому. Дело это простое. Изогнулась, скажем, плоская пластина. Чтобы ее выпрямить, достаточно разогнуть до плоского состояния. Если металл имеет некоторую упругость, нужно прогнуть его в обратную сторону. Чем выше твердость, тем прогибать приходится больше. Если пластина стальная и имеет твердость большую, например 40 HRC, то ее уже прогнуть трудно. Для этого нужно большое усилие, а при чрезмерно большом усилии деталь можно сломать.
      Как же в таком случае отрихтовать деталь? Наклепом Для этого пластину укладывают на металлическую плиту вогнутой поверхностью вверх. Ударяя носком слесарного молотка по этой поверхности, наклепывают ее. При этом в металле создаются напряжения, и пластина выпрямляется. Носок молотка должен бьггь нормально острым, без завалов, и заточен под радиус 1 — 2 мм.
     
      ПРОБА НА ИСКРУ
      Всем известно, как искрит сталь при обточке ее наждаком или при шлифовке. Быстровращающийся наждачный круг разогревает и отрывает частицы металла. Раскаленные кусочки стали светятся как искры, отлетая в сторону, затем сгорают в воздухе. Оказывается, по характеру этих искр можно определить марку стали. Так на практике часто и поступают. По искре можно отсортировать углеродистые стали от легированных, низкоуглеродистые от инструментальных. Чем больше в стали углерода, тем короче сноп искр, а звездочек в нем больше. При этом звездочки вылетают из-под самого наждака (см. цветную вклейку). Так искрят инструментальные стали У10 и другие.
      Сталь низкоуглеродистая, например Ст. 3, дает длинный сноп искр, звездочек в нем мало, они вспыхивают на конце огненного пути, далеко от наждачного камня. У углеродистых сталей искра обычно желтая, у большинства легированных — с красноватым оттенком, у быстрорежущих сталей — красная.
      Сравнивать стали по искре необходимо при одинаковых условиях, на одном и том же наждаке, при одинаковом усилии цажатия на вращающийся круг. Определение стали по искре требует большого навыка. Рекомендуется в школьном уголке термиста иметь коллекцию образцов сталей различных марок. Характер искр различных сталей желательно зарисовать. Испытывая образцы на искру, не забывайте о безопасных условиях работы на наждаке. Наждачный камень должен быть прочным, без трещин. Защитный кожух и подручник должны быть надежно укреплены на своих местах. Прочно удерживая образец в руке, необходимо плавно и слегка прижимать его к цилиндрической поверхности камня. Прижимать образец к боковой поверхности камня запрещается — это опасно.
     
      ПРИМЕНЕНИЕ СТАЛЕЙ
      В табл. 7 приведены примеры стальных деталей, подвергающихся закалке. Указывается применяемая сталь и твердость согласно действующим стандартам. Если деталь закаливается полностью, то в графе «Твердость» указывается только значение твердости. Если же закаливается часть детали, то в той же графе указывается длина закаленной части или место закалки.
      Упражнение 22. При закалке объем увеличивается
      Пруток из стали 45 диаметром 12 мм и длиной 100 мм проторцуйте с обеих сторон на токарном станке. Измерьте микрометром длину образца с точностью до сотых долей миллиметра. Закалите образец в воде и снова измерьте его длину в тех же точках. Сравните результаты измерений. Измерьте твердость образца, чтобы убедиться, хорошо ли он закалился.
      Упражнение 23. Неправильно охладил — плохую деталь получил
      Из стали 45 отфрезеруйте две пластинки толщиной 10 мм размерами 15 X120 мм. Широкие плоскости пластинок должны быть ровными. Проверьте это на поверочной плите. Теперь нагрейте пластинки до температуры 830°, не допуская деформации. Одну пластинку ухватите клещами и погрузите в воду широкой плоскостью на половину толщины. Верхняя широкая плоскость должна оставаться над водой до потемнения. Затем охладите пластинку полностью.
      Примеры применения сталей
      Таблица 7
      Цвета каления и цвета побежалости (вверху) Проба различных сталей на искру (внизу).
      Закалка фрезы. Слева — щит управления с потенциометром.
      Другую пластинку закалите в воде нормально, т. е. полностью погружая в воду вертикально. Сравните кривизну обеих пластинок.
      Упражнение 24. Инструментальные стали имеют разную теплостойкость
      Подготовьте по одному образцу из стали У10 и Р18. Закалите каждый образец и измерьте твердость. Отпускайте образцы вместе на различную температуру от 200 до 600° и измеряйте твердость после каждого отпуска. Постройте график зависимости твердости каждого образца от температуры отпуска. Сравните теплостойкость стали Р18 с поведением углеродистой стали. Вместо образца Р18 можно взять готовый быстрорежущий резец и отпускать его, не перекаливая.
      Упражнение 25. Способы закалки
      Научитесь закаливать режущий инструмент, слесарный, деревообрабатывающий и другой, имеющийся в ваших производственных мастерских. При этом используйте различные способы закалки: закалку всего инструмента, закалку рабочей части, закалку на разную твердость рабочей части и хвостовика.
      Упражнение 26. Сам сделал — сам закали
      Закалите инструмент, который вы сами изготовите в школьных мастерских, например молоток, измерительный циркуль и т. д.
     
      ЧУГУНЫ
      Кроме стали, для изготовления деталей машин широко применяется чугун. Из стали трудно отливать детали, сталь плохо заполняет литейные формы. Большинство стальных деталей изготовляется из заготовок вытачиванием на станках или с помощью ковки и штамповки. Хотя в настоящее время все чаще внедряется стальное литье, однако чаще детали отливаются из чугуна. Расплавленный чугун очень жидкотекуч и прекрасно заполняет литейные формы, образуя порой очень сложные тонкостенные детали. Если к тому же учесть, что производство чугуна гораздо дешевле, чем стали, то станет ясным широкое применение чугунных отливок. При массовом произ-
      водстве чугунные литые детали гораздо дешевле деталей, изготовленных из стали.
      Чугун — это сплав железа с углеродом в количестве 2 — 4°о. Температура плавления чугуна около 1200°. Это гораздо меньше, чем температура плавления железа (1539э) и стали. Чугун производится и применяется в нескольких разновидностях. Углерод чугуна может быть в виде чистого графита разной формы. Такой чугун называется серым, потому что его излом серого цвета. Углерод может быть в составе цементита Fe3C. Чугун с частицами цементита называется белым, его излом белого цвета.
      Основные виды чугуна: серый, белый, ковкий, высокопрочный и легированный. Отличаются они один от другого по свойствам.
     
      СЕРЫЙ ЧУГУН
      Наиболее широкое применение в машиностроении имеет серый чугун. Он хорошо отливается и обрабатывается на станках. Из серого чугуна отливают большинство станин станков, разметочные плиты, корпуса редукторов и других машин. Всем известно художественное литье из чугуна. На Урале, например, таким искусством славились каслинские мастера.
      Твердость самого твердого серого чугуна не более 269НВ.
      Недостаток серого чугуна — малая ударная вязкость: о„=0,4 ; 0,8 кГмсм2.
      Пример обозначения марки серого чугуна: СЧ 12 — 28. Это означает: С — серый, Ч — чугун, 12 — предел прочности при растяжении, 28 — предел прочности при изгибе.
      Марок серого чугуна несколько, самый прочный чугун марки СЧ 38 — 60. Структура серого чугуна: перлит с ферритом и графит.
     
      БЕЛЫЙ ЧУГУН
      Белый чугун для изготовления деталей употребляется редко, потому что он трудно обрабатывается на станках ввиду высокой твердости (НВ=700) и очень хрупок. Только некоторые детали, от которых требуется высокая поверхностная твердость (валки холодной прокатки, вагонные колеса), отливаются из белого чугуна, да и то не по всему сечению, а только с наружной коркой, имеющей структуру белого чугуна.
      Ковким называется отожженный белый чугун. Этот чугун имеет достаточно высокую прочность (зе^30 — 38 кГ/мм2) и хорошую пластичность (э=15°о), он менее хрупок {ан= до 3,5 кГм/см2)\ твердость его не более 240 НВ. Имеется несколько марок ковкого чугуна. Пример обозначения: КЧ 37 — 12, где К — ковкий, Ч — чугун, 37 — предел прочности при растяжении, 12 — относительное удлинение. Из ковкого чугуна изготовляют детали, работающие с небольшими ударными нагрузками, например: звенья цепей сельскохозяйственных машин, кулачковые и коленчатые валы, поршни двигателей внутреннего сгорания.
      Ковать ковкий чугун нельзя, хотя он так и называется благодаря своей неплохой ударной вязкости.
     
      ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
      Имеется несколько марок высокопрочного чугуна, полученного способом так называемого модифицирования. Прочность такого чугуна, особенно после термообработки, высокая — до 90 кГ /мм2.
      Пример обозначения: ВЧ 40 — 10, где В означает высокопрочный, Ч — чугун, 40 — предел прочности при растяжении, 10 — относительное удлинение.
      Применяется высокопрочный чугун для изготовления тормозных барабанов, подшипников, коленчатых валов и других высоконагруженных или работающих на истирание деталей.
     
      ЛЕГИРОВАННЫЙ ЧУГУН
      Чугун обычно легируется хромом, никелем, алюминием. Цель легирования — получить специальные свойства, например: теплостойкость, жаростойкость, коррозионную стойкость и т. д.
      Пример обозначения: чугун марки Х34. Это хромистый чугун, жаростойкий до температуры 1200°.
     
      ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЧУГУНА
      Различные чугуны могут подвергаться следующим видам термообработки.
      Графитизирующий отжиг. Так называется отжиг белого чугуна с целью получения из него ковкого. При этом
      цементит разлагается, и углерод переходит в свободное состояние: Fe3C- 3Fe4-C. Режим отжига состоит из двух стадий: первая выдержка при 900 — 1050°, вторая выдержка при 770 — 720°. Выдержка длительная, несколько часов или даже более суток. »- -
      Смягчающий отжиг. Такому отжигу подвергаются отливки из серого чугуна, отбеленные с поверхности. Режим отжига: нагрев до 900 — 950°, выдержка 2 — -3 часа, охлаждение на воздухе. Простой серый чугун, но с повышенной твердостью тоже может подвергаться смягчающему отжигу с нагревом до 700°.
      Отжиг для снятия напряжений применяется обычно для отливок из серого чугуна. Режим: плавный нагрев до температуры 500 — 550°, выдержка после прогрева около 2 час., охлаждение с печью до 150°, затем охлаждение на воздухе.
      Закалка. Закалке иногда подвергаются ковкий, высокопрочный или легированный чугуны для повышения прочности и износостойкости. Режим закалки: нагрев до 900°, охлаждение в воде или масле, отпуск при 350 — 500°.
      Нормализация применяется чаще для легированных чугунов с целью улучшения механических или физических свойств. При этом отливки нагреваются до 850 — 900°, выдерживаются 0,5 — 3 часа. Затем сложные отливки отпускаются при 500 — 650°.
      Упражнение 27. Хрупкость чугуна
      Изготовьте по одному образцу из стали 45 и серого чугуна, а если удастся достать, то и из ковкого чугуна. Форма образцов должна быть одинаковой, длина около 100 мм. Зажмите образцы в тиски, установив образцы в ряд один к одному, оставив не зажатой половину образцов по длине. Ударяя с одинаковой силой молотком по образцам, сравните их хрупкость при изломе.
      Упражнение 28. Как изменяется структура серого чугуна при термической обработке
      Приготовьте 5 образцов из одного и того же куска серого чугуна. Четыре образца нагрейте в печи до температуры 850 — 900° и, выдержав при этой температуре около получаса, охладите: один в воде,
      второй — в масле, третий — иа воздухе и четвертый — вместе с печью. Сделайте шлифы на всех пяти образцах, протравите их тем же раствором, что для сталей. Сопоставьте структуру термообработанных образцов с исходной. Обратите внимание, что форма и величина пластинок графита осталась неизменной, а изменилась только структура металлической основы. Сопоставив структуру отожженного чугуна со структурой исходного, сформулируйте, как изменилась структура при отжиге. Подтвердите это определением твердости по Бринеллю. Проделайте то же сопоставление структур и твердости нормализованного чугуна (т. е. охлажденного на воздухе) и исходного.
     
      ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
      Для изготовления различных изделий и деталей машин применяют не только сталь и чугун. Многие детали изготовляются из цветных металлов и сплавов. Чем это вызвано? Условиями работы деталей и свойствами применяемых материалов. Свойства цветных металлов разнообразны. Во-первых, высокая коррозионная стойкость. Детали, изготовленные из цветных металлов, часто не подвергаются защитным покрытиям и тем не менее не ржавеют. Наоборот, некоторые цветные металлы (никель, олово, цинк, кадмий) сами применяются для защиты стальных деталей от коррозии. Во-вторых, многие цветные металлы и сплавы гораздо легче стали и чугуна. Так, алюминий и его сплавы почти в 3 раза легче стали. Магниевые сплавы еще легче. В-третьих, цветные металлы, кроме никеля и кобальта, немагнитны. Это их свойство имеет большое значение для изготовления электрических машин и аппаратов.
      Простые цветные металлы не могут упрочняться при термообработке. Они только отжигаются для смягчения, и то если предварительно были деформированы. Сколько бы мы ни закаливали, например, медь, алюминий, они все равно остаются мягкими. Твердость их не возрастает. Другое дело некоторые сплавы цветных металлов: дуралюмин, силумин, сплавы магния, титана и т. д. Эти сплавы могут быть твердыми после соответствующей термообработки, а после отжига становятся мягкими
     
      МЕДЬ
      В настоящее время невозможно развитие радиотехники и электротехники без широкого применения меди. Для производства проводов в основном используется медь. Она
      обладает самой высокой электропроводностью после серебра, ее удельное электросопротивление р=0,017 ом мм21м. К тому же медь очень пластична, ее относительное удлинение в отожженном виде 0=50%. Используя такие высокие свойства меди, подольский завод «Микропровод» наладил выпуск провода диаметром всего лишь 30 микрон. Такой микропровод очень нужен для изготовления точнейших современных радио- и электроприборов. Удельный вес меди 8,9 Г1см3, цвет красный, температура плавления 1083° , твердость 45ИВ. Медные листы, прутки, трубы могут поставляться на машиностроительные заводы как отожженными, так и нагартованными с твердостью до 130И В.
      Существует несколько марок технической меди; наиболее часто применяется медь марки Ml.
      Деформированная медь отжигается при температуре 500 — 700° с охлаждением на воздухе или в воде. Замачивание в воде способствует обрыву окалины, не изменяя твердости самой меди.
     
      ЛАТУНИ
      Латуни — это сплавы меди с цинком, а иногда и с другими элементами. Марок латуней много, они имеют разный химический состав, разные свойства. Обозначения марок всех латуней начинаются с буквы Л, затем следует первая буква легирующего элемента. Например, ЛС 74 — 3 — это свинцовая латунь с 74% меди, 3% свинца, остальное цинк.
      Одна из самых распространенных марок латуней — Л68. Эта латунь имеет высокую пластичность и вязкость. Из нее штампуют гильзы охотничьих патронов и другие детали. Температура плавления латуни 900 — 938°, твердость мягкой отожженной НВ59, твердой нагартованной ИВ 150. Твердую латунь можно отжечь при температуре 550 — 700° с охлаждением на воздухе. Латунь может поставляться в вйде прутков, полос, лент. Они могут быть отожженными мягкими, тогда обозначаются буквой М, например Л68М. Латунь нагартованная твердая, не отожженная дополнительно, обозначается буквой Н, например Л68Н.
     
      БРОНЗЫ
      Бронзы — это сплавы меди с элементами: оловом, алюминием, кремнием и другими. Свойства бронзы зависят от ее состава. Бронзы оловянные обладают хорошими ли-
      темными свойствами. Из них чаще отливают художественные изделия, памятники (фиг. 30), решетки, в прежнее время — колокола. Впервые люди научились получать и применять именно оловянную бронзу. Но эта бронза дорогая, потому что в нее входит дефицитное олово. Наибольшее распространение сейчас получают бронзы алюминиевые, кремнистые и другие, не содержащие олова.
      Фиг. 30. Памятник Петру Первому в Ленинграде («Медный всадник»).
      Обозначаются бронзы буквами Бр и соответствующими буквами и цифрами легирующих элементов. Например, бронза Бр. АЖ9 — 4 содержит 9% алюминия, 4% железа, остальное — медь. Такая бронза обладает высокими антикоррозионными свойствами, а также применяется для изготовления подшипников.
      Твердость мягкой бронзы около НВ 110, нагартован-ной НВ 160 — 200. Нагартованную бронзу отжигают для смягчения при температуре 600 — 700°. Отжиг — основной вид термообработки бронзы.
      Некоторые бронзы способны упрочняться при термообработке. Например, бронза бериллиевая Бр. Б2 после
      нагрева при температуре 780 — 800°, закалки в воде и отпуска при температуре 300° имеет твердость до НВ 400. Из такой бронзы изготовляют пружины, пружинящие контакты, которые при работе не должны искрить, намагничиваться, ржаветь. После закалки бронза мягкая, а после отпуска — твердая. Отпуск бгриллиевой бронзы часто называют старением, или облагораживанием.
     
      ПРИПОИ
      Припоями называют сплавы цветных металлов, применяемые для пайки. Припой на медной основе называется твердым. Плавится он при температуре около 800° и образует спай высокой прочности. Таких припоев несколько марок, например ПМЦ36, в котором содержится 36% меди, остальное цинк.
     
      АЛЮМИНИЙ
      Известно ли вам, что обыкновенная красная кирпичная глина содержит алюминий? Правда, алюминия в ней мало. Зато есть другая глина, называемая бокситом, в ней алюминия гораздо больше. В боксите алюминий содержится в виде химического соединения — глинозема А1 03. Из него в настоящее время и получают основную массу алюминия. Алюминий — самый распространенный металл земной коры. Металлический алюминий впервые получил химическим путем датский физик Христиан Эрстед. Это было в 1825 г. Тогда этот металл всех заинтересовал. Он не боится ржавчины, гораздо легче стали, его удельный вес
      2,7 Псм3, а плавится он при температуре 658°. Цвет алюминия серебристо-белый, поэтому его первое время называли «серебром из глины». Тогда алюминий был очень дорогой, как серебро. Добывали его мало, несколько килограммов в год. С появлением депхвой электроэнергии, получаемой на гидростанциях, были разработаны промышленные способы получения алюминия, и производство его резко возросло. В наш_й стране выпуск алюминия в больших количествах начался после Великой Октябрьской социалистической революции. Массовый выпуск его начался в 1932 году, когда был пущен Волховский алюминиевый завод. Сейчас алюминий и его сплавы широко применяются в машиностроении и по применяемости занимают второе место после стали. Технический алюминий выпускается нескольких марок, например: Al, А2 и другие.
      Алюминий применяется для злсктропроводников, для посуды, фольги, сплавов и т. д.
      Прочность алюминия небольшая (з,=6 — 15 кГ1мм2), поэтому в конструкциях он применяется редко. Пластичность высокая (о=40%) и хорошая вязкость (ан= = 14 кГм/см2). Алюминий обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, удельное электросопротивление р=0,027 оммм2/м. Алюминиевые листы, прутки, трубы могут поставляться мягкими — с твердостью НВ 25 или твердыми нагартованными — с твердостью НВ 35. Отжигается алюминий для снятия наклепа при температуре 370-400°.
      В качестве конструкционных материалов чаще используются сплавы алюминия. Они обладают также небольшим удельным вьсом, зато хорошей прочностью. Особенно это важно в самолетостроении (фиг. 31). Сплавов алюминия много. Мы познакомимся с некоторыми из них.
     
      ДУРАЛЮМИН
      Это первый промышленный алюминиевый сплав, полученный в 1911 г. «Дуралюмин» значит твердый алюминий (от немецкого слова dur — твердый). В России в и больших колич(Ствах дуралюмин производился на Кольчу-гинском заводе и назывался кольчугалюминий. В состав дуралюмина, кроме алюминия, входят элементы: медь, магний, марганец. Наиболее распространен дуралюмин марки Д1. Из него изготовляют прутки, листы, трубы, уголки.
      В обозначении сплавов буква А означает лист, буква М — мягкий, Т — твердый. Например, Д1АМ — дуралюмин марки Д1 листовой отожженный.
      Отжигается дуралюмин при температуре 340 — 370°, твердость отожженного дуралюмина небольшая (НВ 45). Самое прочное состояние дуралюмин имеет в закаленном и состаренном состоянии. Температура нагрева для закалки должна быть непременно в интервале 490 — 510°. Выдержка небольшая: для листов толщиной 1 мм всего
      30 — 40 мин. Охлаждение в воде. После закалки сплав некоторое время остается мягким. Твердость возрастает постепенно при выдерживании сплава на воздухе. Это называется естественным старением. Максимальная прочность достигается после четырех суток старения (зв=42 кГ/мм2), при твердости до НВ 120.
     
      СИЛУМИН
      Силуминами называются сплавы алюминия с кремнием (5 — 10%), обладающие хорошими литейными свойствами. Из них отливаются сложные детали моторов и других машин. К силуминам относятся сплавы АЛ2, AJI4, AJI9, AJ111. Механические свойства этих сплавов несколько ниже, чем у дуралюминов, но детали, отлитые из силуминов, дешевле. Силумины марок AJ14 и AJ19 могут упрочняться при термообработке.
      Наиболее распространен силумин марки AJ19, который закаливается в теплой или горячей воде после нагрева при температуре 530 — 540°. Выдержка в печи от 40 минут до нескольких часов для получения наилучшЛ структуры. Такая термообработка, обозначаемая Т4, применяется для повышения пластичности и частично прочности. Закалка с последующим старением при температуре 145 — 155° в течение 1 — 3 час
     
      МАГНИЙ
      Магний — легкий металл светло-серого цвета с температурой плавления 650°. Удельный вес 1.75 Г 1см3. Магний малопроч. н и как конструкционный материал применяется р дко. Чаще применяются его сплавы. Они также легки, но зато прочнее, предел их прочности ов=30 — -Т35 кПмм2. Выпуска- тся несколько марок д формируемых сплавов (MAI, МА5 и другие) и литейных (MJI1, MJI5 и другие). Помимо магния, в состав этих сплавов входят алюминий, цинк, марганец.
      Магниевые сплавы подвергаются чаще всего термообработке Тб — закалке и искусственному старению. Режим закалки литейных сплавов: нагрев до температуры 410 — 420°, выдержка 12 — 16 час., охлаждение на воздухе; старение при температуре 175° в течение нескольких часов. Нагревать магний и его сплавы необходимо в вакуумной печи или в печи с защитной атмосферой, не имеющей воздуха. На воздухе нагретые магний и его сплавы сильно окисляются и могут вспыхнуть.
      Никель — серсбристо-б.лый металл с сильным блеском, обладающий высокой коррозионной стойкостью. Поэтому никель широко применяется для защиты стальных деталей от коррозии (никелирование), хорошо обрабатывается давлением, из него изготовляют проволоку, химическую аппаратуру, ламповые электроды, аккумуляторы. Удельный вес никеля 8,9 Г 1см3, температура плавления 1455°, предел прочности до 90 кГ 1мм1, твердость отожженного никеля НВ 80, деформированного НВ 200.
      В отличие от других цветных металлов никель обладает магнитными свойствами до температуры 360°.
      Отжигается никель и его сплавы при температуре 700 — 800°. Никель технический маркируется буквами НТ. Никелевые сплавы маркируются буквой Н и буквами легирующих элементов.
      Основные сплавы никеля следующие.
      Монель — сплав, хорошо сопротивляющийся коррозии на воздухе, в растворах щелочей и некоторых кислот. Сплавы сопротивления — нихром, ф. рронихром, Константин, манганин. Эти сплавы имеют высокое электросопротивление и применяются для изготовления нагревателей. Они имеют хорошие механические свойства, не ржавеют и слабо окисляются даже при высоких температурах. В табл. 8 указаны рекомендуемые температуры применения ставов, а также их удельное электросопротивление при комнатной температуре.
      Таблица. 8
     
      СВИНЕЦ И ОЛОВО
      Эти два металла имеют некоторые общие свойства: низкую температуру плавления, низкую прочность и твердость, хорошую коррозионную стойкость.
      Свинец — тяжелый металл с удельным весом 11,3 Г 1см3, синевато-серого цвета, плавится он при 327° и имеет твердость всего лишь НВ А. Свинец марки СВ — особо чистый металл, применяется для пластин аккумуляторов, марки СО — применяется для матриц типографских машин, марки С1 — идет на изготовление кислотостойкой аппаратуры, сплавов, охотнич.ей дроби и т. д. Пары свинца вредны для человека, поэтому в настоящее время свинец по возможности заменяется другими материалами. А там, где применяется свинец, необходимо соблюдать меры предосторожности: хорошо вентилировать помещение, не допускать попадания свинца в организм, мыть руки перед едой.
      Олово — блестящий серсбристо-белый металл. Удельный вес 7,3 Псм3, температура плавления 232°. Олово очень пластично, из него прокатывают тонкую фольгу толщиной в несколько микронов, применяемую в пищевой промышленности для обертывания конфет и других продуктов. Олово пр именяется для лужения металлических изделий, консервных банок. Технические марки олова: 01, 02, 03, 04. Олово так же, как и свинец, имеет низкую твердость: НВ 5.
      Интересной особнностью олова является его болезнь — «оловянная чума». При температуре ниже — 30°обычное белое олово постепенно самопроизвольно рассыпается в серый порошок. Происходит это оттого, что при низких температурах олово имеет другую кристаллическую ячейку. При изменении кристаллической ячейки резко изменяется объем олова, возникают внутренние напряжения, разрушающие металл.
      Свинец и олово используются для изготовления сплавов — баббитов и припоев. Баббиты применяются для подшипников, они имеют низкий коэффициент трения в паре со сталью. Оловянно-свинцовые припои применяются для пайки почти вс^х металлов. Маркируются они буквами ПОС; например, ПОС-40 — это припой с температурой плавления 183°, содержащий 40% олова, остальное свинец. Эти припои называются мягкими и применяются для пропайки герметичных соединений.
      цинк
      Цинк — металл серого цвета с сильным металлическим блеском. Удельный вес 7,1 Г /см3, температура плавления 419°,5, твердость отожженного цинка 30 НВ, деформированного 45 НВ. Применяется цинк для изготовления деталей приборов, для гальванических элементов, для цинкования металлов, производства сплавов. Технические марки цинка обозначаются так: Ц1, Ц2 и т. д.
      Отжигается цинк при 50 — 100°.
     
      САМЫЙ ЛЕГКИЙ МЕТАЛЛ
      Представьте себе бллый серебристый металл, плавающий в воде, масле или даже в керосине. Металл этот почти в два раза легче воды, удельный вес его всего лишь 0,53 Г/см3. Плавится он при температуре 186°, однако кипит при 1370°. Металл легко режется ножом, твердость его невозможно измерить: он мягче свинца. Этот металл применяется в основном как добавка к сплавам. Сплав его с бериллием чуть тяжелее воды, но достаточно прочен. Сплавы этого металла применяются в медицине, фотографии и т. д. Металл этот — литий.
     
      БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ
      Благородными называют металлы: золото, серебро, платину и металлы платиновой группы. Эти металлы очень устойчивы против коррозии даже в кислотах. В этом в основном и заключается их благородство. Применяются они в чистом виде или чаще в виде сплавов с медью и другими элементами в химической промышленности, фотографии, для изготовления протезов зубов, в ювелирном производстве. Сплавы этих металлов подвергаются некоторым видам термообработки.
      Благородные металлы хорошо проводят тепло и электричество. Содержание благородного металла определяется пробой. Проба показывает, сколько частей простого металла в 1000 весовых частях сплава.
      Золото — металл желтого цвета, ковкий и пластичный, удельный вес 19,3 Г/см3, температура плавления 1063°, твердость НВ 18. Золото растворяется только в одной кислоте — селеновой и в емгеи кислот азотной и соляной. Выпускается золото следующих проб: 999,9 и 999.
      Серебро — б?лый, ковкий и пластичный металл, удельный в«.с 10,5 Г1см3, температура плавления 961 , твердость НВ 25. Серебро — лучший проводник тепла и электричества, его удельное электросопротивление р=0,0159 омммУм. Серебро часто используется для покрытия металлов — сер. брения. Выпускается серебро следующих проб: 999,9 и 999.
      Платина — тугоплавкий Металл с температурой плавления 1774’, не растворим ни в чем, кроме смеси кислот азотной и соляной. Твердость НВ 25. Платина — один из самых тяжелых металлов: его удельный вес 21,5 Г1см3.
     
      КРЫЛАТЫЕ МЕТАЛЛЫ
      Стремительное развитие авиации и ракетной техники требует все ковых и новых металлов с высокими свойствами. Задача теперь ставится так: обеспечить прочность и работоспособность всех частей летательного аппарата не только в атмосфере Земли, но и за ее пределами, в межпланетном пространстве.
      Какогы особенности условий космического полета? На металл космического корабля в полете, на разных его стадиях, действуют разреженное пространство, метеоритный дождь, высокая температура и резкие колебания температур, сверхбыстрые ядерные частицы — космическая пыль. В таких тяжелых условиях не могут работать ни обычная сталь, ни сплавы алюминия и магния, хотя эти металлы на Земле нас вполне устраивают. Сейчас уже осваиваются несколько так называемых «крылатых» металлов. Основные из них:титан, бериллий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам. Все эти металлы и их сплавы имеют свойства, необходимые для космического корабля: высокую жаропрочность и тугоплавкость, высокую коррозионную стойкость и пластичность. Сплавы этих металлов подвергаются соответствующей термообработке. Цвет этих металлов блестящий, серебристо-белый. Самый легкий из них титан и его сплавы, удельный вес их 4,5 Г/см3. Вольфрам является самым прочным тугоплавким металлом. Температуры плавления и допустимые температуры применения этих металлов указаны в табл. 9.
      Эра космических и межпланетных полетов уже открыта. 12 февраля 1961 г. с борта советского тяжеловесного спутника 3-мли успешно стартовала управляемая ракета и взяла курс на Венеру.
      Таблица 9
      Упражнение 29. Цветные металлы немагнитны
      Подготовьте по одному образцу из стали У7, меди, алюминия и других цветных металлов. Проверьте, как цветные Металлы взаимодействуют с постоянным магнитом, притягиваются ли. Отдельно опыт проделайте с никелем и кобальтом.
      Упражнение 30. Цветные металлы после закалки
      мягкие
      Подготовьте по одному образцу из отожженных прутков бериллиевой бронзы, дуралюмина и из отливки силумина. Определите твердость образцов. Закалите каждый образец и сразу определите твердость. Спустя не менее суток, снова определите твердость образцов и сравните показания. Затем проведите искусственное старение образцов из бэриллие-вой бронзы и силумина, определите твердость. То же самое можно проделать с листами бериллиевой бронзы и дуралюмина.
      Упражнение 31. Учись паять
      Подготовьте сплав мягкого припоя, содержащего 62% олова и 38% свинца. Определите температуру плавления сплава. Полученный припой используйте для пайки металлических соединений.
     
      ЗАКЛЮЧЕНИЕ
     
      ШКОЛА И ПРОИЗВОДСТВО
      Кому из вас, ребята, не хочется побывать на современном заводе? А приходилось ли вам видеть, как там работают термисты? Интересная у них специальность Закаливаются не только мелкие детали, но и громоздкие, весом по нескольку тонн. Конечно, для этого там есть огромные нагревательные печи и закалочные баки с водой или маслом. Перемещаются тяжелые детали механизмами.
      Представьте себе такую картину. Дверца огромной термической печи, пышущей жаром, поднимается кверху, из печи выкатывается платформа с разогретыми докрасна заготовками весом по нескольку тонн. Мостовой кран подхватывает заготовки и погружает в шипящую воду — это закалка. На производстве есть и целые поточные линии (фиг. 32). Здесь детали автоматически перемещаются в печах и закалочных баках. Термист только задает режимы и следит за работой автоматов и механизмов.
      Сложными бывают порой режимы термообработки. Ведь нужно закалить детали без деформации, без трещин и обеспечить определенные свойства. Мы рассмотрели далеко не все виды термообработки, их много: цементация, цианирование, азотирование и др. Все эти операции придают деталям необходимые свойства.
      На заводах имеются целые термические цехи с коллективами термистов. Рабочие термисты, или, как их часто называют, калильщики, производят термообработку деталей. Работу организует мастер участка. Режимы термообработки назначает технолог. Механические и другие свойства, а также структуру металлов определяют металловеды заводской металлографической лаборатории. Ра-
      бочий или инженер, мастер или технолог — каждый должен хорошо изучить свою специальность. Рабочие обычно проходят производственное обучение в цехе. Техники и инженеры получают специальное образование в соответствующих техникумах, институтах или университетах.
      Термисту нужны разнообразные знания по физике, математике, электротехнике, химии. Основы этих знаний учащиеся должны усвоить еще в школе. Тогда те из вас, кто захочет быть термистом, быстрее и легче освоят эту интересную специальность.
      Конечно, в маленькой книге невозможно рассказать о всех материалах и видах термической обработки. Однако если вы, ребята, прочли эту книгу и работали в уголке термиста, то вам уже знакома закалка и термические печи. Вы узнали и запомнили на всю жизнь, для чего нужна высокая твердость резцу, если вы его сами закалили и работали им на станке. Где бы вы ни работали, вам всюду встретятся металлы. Чем ближе вы с ними познакомитесь в школе, тем приятнее будет вам встречаться с ними на производстве. Ваша работа будет понятной, радостной и плодотворной.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Распознавание текста книги с изображений (OCR) — творческая студия БК-МТГК.

 

 

На главнуюТексты книг БКАудиокниги БКПолит-инфоСоветские учебникиЗа страницами учебникаФото-ПитерНастрои СытинаРадиоспектаклиДетская библиотека

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru