Общие сведения
Металлы и их сплавы являются основным материалом в машиностроении. Состав, строение и свойства металлических материалов изучаются наукой, называемой металловедением.
Металловедение позволяет на строго научной основе подбирать металлы и их сплавы для всевозможных деталей и конструкций, работающих в самых различных условиях; устанавливать наиболее правильные режимы различных технологических процессов тепловой обработки. Знание металловедения необходимо для правильного ведения процесса термической обработки, ковки, штамповки, литья, сварки. Металловедение — наука, созданная русскими учеными. Основоположником металловедения является знаменитый русский ученый Д. К. Чернов.
Еще в XVIII веке вопросами металловедения занимался великий русский ученый М. В. Ломоносов. Большой вклад в изучение сталей внес русский инженер П. П. Аносов.
Открытие Д. К. Чернова об изменении внутреннего строения стали при ее нагревании и охлаждении заложило основы современного производства чугуна и стали и их термической обработки.
Последователи Д. К. Чернова советские ученые Н. С. Курнаков, А. А. Байков, А. А. Бочвар и др. способствовали развитию науки о металлах.
Работы металловедов привели к пониманию явлений, происходящих при нагревании и охлаждении металлов, а это дало возможность избегать ошибки при различных видах термической обработки, предупреждать появление дефектов и брака изделий, улучшать качество продукции.
Металловедение позволяет правильно решать вопрос о пригодности металлов для определенных целей.
Изготовляя и монтируя стальные конструкции, необходимо знать главные свойства материала, чтобы правильно вести обработку деталей и создавать условий, в которых заготовки безопасно переносят воздействия резцами, нагревом, жидкостью, газами и силовыми нагрузками. Например, известно, что сильно нагретая сталь легче холодной поддается обработке под давлением или ударами молотка, но оказывается, что в интервале температур 300—400° С сталь обрабатывать давлением и ударами нельзя, так как она приобретает хрупкость в этом интервале и ломается; зная об этом, рабочий, обрабатывая давлением или ударами сталь, нагретую до желтого или красного каления, прекратит операцию до того, как материал остынет и его температура станет 400° С.
Далее оказывается, что некоторые марки стали после высокого нагрева и быстрого остывания на воздухе приобретают высокую твердость и хрупкость; их очень трудно обрабатывать: точить, строгать, сверлить, пробивать отверстия, резать; но если после нагрева охлаждать такие стали медленно, или подвергнуть специальной тепловой обработке, то можно получить прежнюю (исходную) твердость и устранить хрупкость.
Зная это свойство, рабочий после нагрева такой стали будет применять или медленное или быстрое охлаждение, в зависимости от того, потребуется ли дальнейшая станочная обработка и нужна ли для изделия повышенная твердость.
Становится понятным, какое значение имеет знание свойств металлов при изготовлении конструкций и деталей, а также для сознательного выполнения требований строительных норм и правил (СНиП), инструкций и технических условий по изготовлению и монтажу стальных конструкций.
Огромное количество веществ — твердых, жидких и газообразных, которые окружают нас, представляют собой разнообразнейшие сочетания простых веществ, называемых химическими элементами (их в данное время насчитывается 104). Химические элементы, например чистое железо, медь, олово, свинец, цинк, никель, хром, вольфрам, кислород, углерод, сера и др., состоят из одинаковых частиц — атомов.
Существующие в природе химические элементы делят на металлы и неметаллы, при этом большую часть мате
риалов, применяемых в промышленности, составляют металлы. Металлы характеризуются внешним блеском, большинство их обладает способностью переносить ковку, они хорошо проводят тепло и электрический ток. Большинство металлов обладают свойством свариваться. Примером металлов является железо, медь, никель, свинец, алюминий и др.
Неметаллические элементы (металлоиды) не обладают признаками и свойствами, присущими металлам. Кислород, азот, углерод, кремний, фосфор, сера и др. являются неметаллами.
В природе обычно реже встречаются химические элементы в чистом виде, большее распространение имеют различные сложные вещества, представляющие химические соединения элементов. Примером сложного вещества является сернистое железо FeS, в котором каждый атом железа тесно связан с одним атомом серы. В другом химическом соединении карбида железа Fe3C каждые три атома железа связаны с одним атомом углерода.
Из чистых металлов наиболее важным является железо, которое служит основой сплавов, применяющихся в промышленности, а именно чугуна и стали. Сталь и чугун представляют собой сплавы железа с углеродом и некоторыми другими элементами.
Некоторые металлы в чистом виде почти не применяются, но они используются как добавки к основным металлам для получения сплавов со свойствами, которыми не обладают основные металлы. 
|
