Металлы и сплавы – основной машиностроительный материал, который обладает свойствами, обусловленными внутренним строением сплава.

Металлы – кристаллические тела, атомы которых расположены в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы. Характерным признаком кристалла является твердое состояние до температуры плавления, причем процесс плавления происходит при постоянной температуре.

Рисунок 1 – Основные группы конструкционных материалов

Методы формообразования деталей машин подразделены на 4 вида: литейное производство, обработка давлением, сварка и обработка резанием.

Указанные методы обработки материалов используют практически на любом машиностроительном предприятии. Возможная схема состава и взаимосвязи цехов машиностроительного предприятия показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Состав и взаимосвязь цехов машиностроительного предприятия

Основным материалом машиностроения являются металлы.

Металлы – кристаллические тела, атомы которых расположены в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы.

Все металлы подразделяются на два класса:

– черные;

– цветные.

К черным относят сплавы на основе железа (сталь, чугун). Основные свойства черных металлов определяются количеством углерода. Сплавы с содержанием углерода до 2,14 % – стали, а выше – чугуны.

При выборе материала для конструкции исходят из комплекса свойств, которые подразделяют на механические, физико-химические, технологические и эксплутационные.

К механическим относят:

– прочность;

– твердость;

– износостойкость;

– пластичность.

Прочность – способность материала сопротивляться деформации или разрушению. Показателем прочности является предел прочности:

где Р – нагрузка разрушения стандартного образца, Н;

F_>0 – площадь поперечного сечения, мм^>2.

Пластичность – способность твердых тел изменять форму и размеры без разрушения под действием внешней нагрузки. Пластичность определяется максимальным относительным удлинением при разрыве:

где l – длина после разрыва, мм;

l_>0 – первоначальная длина, мм.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела, например шарика.

Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием поверхностного трения.

К физико-химическим свойствам относят:

– температуру плавления;

– плотность;

– электро- и теплопроводность.

К технологическим свойствам относят их способность поддаваться различным способам обработки (литейные свойства, ковкость, свариваемость, обрабатываемость режущими инструментами).

Способность металлов и сплавов к литью.

Не все сплавы в одинаковой степени пригодны для изготовления отливок. Из одних сплавов (серого чугуна, силумина) можно легко изготовить отливку сложной конфигурации, а из других (титановых сплавов, легированных сталей и др.) получение отливок сопряжено с определенными трудностями. Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов. К основным литейным свойствам сплавов относят жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение и ликвацию.

Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести литейные сплавы заполняют все элементы литейной формы, при низкой – полость формы заполняется частично, в узких сечениях образуются недоливы. Жидкотекучесть сплавов определяют по специальным пробам. За меру жидкотекучести принимают длину заполненной спирали в литейной форме, и она зависит от многих факторов. Например, повышение температуры заливки увеличивает жидкотекучесть всех сплавов. Чем выше теплопроводность материала формы, тем быстрее отводится тепло от залитого металла, тем ниже жидкотекучесть. Неметаллические включения снижают жидкотекучесть сплавов. На жидкотекучесть влияет химический состав сплавов: с увеличением в исходном материале содержания серы, кислорода и хрома жидкотекучесть снижается, а с повышением содержания Р, Si, Al, C – увеличивается.