Технологии получения, обработки, преобразования и использования материалов
В современном производстве применяются конструкционные материалы, обладающие иными свойствами, чем применявшиеся ранее материалы. Это особо прочные сплавы, материалы для изготовления микросхем, хрупкие материалы, такие как кварц, рубин, алмаз, стекло. На пластины из германия и кремния, применяемые в радиоэлектронике, бывает необходимо наносить очень тонкие плёнки других материалов.
Более высокие требования предъявляются и к шероховатости поверхности деталей и изделий. Во многих случаях недопустимы даже микроскопические заусенцы и неровности. Детали и изделия современных технических устройств становятся очень сложными по форме, с полостями и отверстиями различной конфигурации. Традиционные технологии механической обработки материалов, литья уже не обеспечивают потребность производства.
Для решения подобных технологических задач в современном производстве широко применяются электрофизические, электрохимические, ультразвуковые и лучевые методы обработки материалов.
Благородные металлы, свойства. Noble metals
• какими технологиями, кроме технологий резания, можно обрабатывать даже очень твёрдые или хрупкие материалы;
• воздействию каких технологий на производстве подвергаются жидкости и газы.
• разбираться в видах и предназначении современных прогрессивных технологий обработки материалов;
• подбирать возможные для применения технологии в своих учебных или предпринимательских проектах;
• выполнять гравировку электроискровым методом, наносить гальванические покрытия на изделия.
Плавление материалов и отливка изделий
До какой температуры надо нагреть железную руду, чтобы она перешла в жидкое состояние; можно ли это сделать на газовой плите или в дровяной печи?
В природе очень мало самородных металлов, которые существуют в чистом виде. Это драгоценные металлы: золото, серебро, платина. В некоторых месторождениях находят чистую медь, ртуть, а в упавших на Землю метеоритах — железо и его сплавы (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Самородные металлы:
а — золото; б — серебро; в — платина; г — медь; д — ртуть; е — железо
Самородных металлов недостаточно для организации какого-либо производства, за исключением ювелирного дела. Потребность в металлах заставила людей выплавлять их из руд.
Руду расплавляют с помощью каменного угля (кокса), газа или мощной электрической дуги, примеси выгорают или отделяются от металла. Из расплавленного металла по технологии литья можно сразу получать готовые изделия или полуфабрикаты для дальнейшей обработки в последующем производстве.
Экскурсии «Минералы класса самородных элементов. Платина»
Выплавкой можно получить не только металлы, но и такие материалы, как германий и кремний, используемые для производства полупроводников.
Полученный металл становится сырьём для производства желаемых материальных благ. Из него по технологии литья можно сразу получать готовые изделия или делать полуфабрикаты для дальнейшей обработки в последующем производстве.
Литьё — это технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении литейной формы расплавленным материалом (литейным сплавом, пластмассой, некоторыми горными породами) и дальнейшей обработке полученных после затвердения предметов.
Литьё изделий из металлов или других материалов проводится либо в многократные (многоразовые) формы, либо в одноразовые формы. Многократные формы бывают металлические, графитовые или керамические огнеупорные.
Формы для литья подразделяются на изложницы, кокили и разовые формы.
Литьё в изложницу. Изложница — это форма для отливки металла для получения слитка (рис. 5.2, а). Слиток затем идёт в переплавку или в прокатку. Изложницы могут изготовляться из металла, глины, гипса, специальной формовочной земли на основе песка и специальной огнеупорной глины.
Рис. 5.2. Литье: а — в изложницы; б — в кокиль
Литьё в кокиль. Кокиль — разборная закрытая металлическая литейная форма. Форма внутренней полости кокиля повторяет форму будущего изделия.
Кокили изготавливают точением, фрезерованием, строганием металлических блоков. Такое литье применяют, если необходимо изготовить не менее 1000 отливок.
Кокиль может состоять из нескольких частей. После их соединения сверху остаётся небольшое отверстие для заливки расплавленного металла. Литьём в кокиль получают отливки из пластмасс, алюминия, меди, цинка, магния, олова и свинца (рис. 5.2, б). В кокиль отливают и кондитерские изделия, например известные многим с детства петушки.
Литьё в разовые формы. Такие формы применяют для изготовления изделий разных форм и размеров.
Наиболее часто формы для отливки изготовляют из кремнистого песка, глины и специальных связующих веществ, например жидкого стекла.
В форме по заранее изготовленной модели делается полость с коническим отверстием для заливки расплавленного материала (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Изготовление формы для отливки изделия
Литейная форма — это устройство для получения отливок. При изготовлении литейной формы вокруг модели помещается формовочный материал.
Литьё по выплавляемым моделям. Сначала из легкоплавких материалов изготавливают модель отливки и литниковой системы, запрессовывая или заливая их в пресс-формы. После извлечения из пресс-формы затвердевшую модель припаивают к литниковой системе, образуя модельный блок.
На поверхность модельного блока наносят несколько слоёв специального облицовочного покрытия, которое после сушки становится высокоогнеупорной керамической оболочкой. Далее, после выплавления модельного состава из оболочки, получают тонкостенную оболочку литейной формы отливки.
Полученную оболочку помещают в ящик (опоку) с сухим кварцевым песком, прокаливают и заливают расплавом.
Используя метод литья по выплавляемым моделям, можно получить:
• отливки, имеющие максимально приближенные размеры и форму, а также поверхность высокой чистоты;
• отливки из любых сплавов (в том числе не поддающихся ковке и штамповке) с минимальным припуском на обработку, что особенно важно для сплавов, труднообрабатываемых механической обработкой;
• конструкции, которые невыполнимы какими-либо другими методами обработки.
Методом литья по выплавляемым моделям изготовляют ювелирные изделия, корпуса и детали приборов, лопатки газовых турбин, режущий и хирургический инструмент и т. п.
Профессии и производство
Модели для отливок изготовляют мастера — модельщики по деревянным моделям, работающие в модельном цеху предприятия. Модельщики должны знать устройство деревообрабатывающего станка, основные приёмы токарных и фрезерных работ, общие понятия о свойствах наиболее распространённых пород дерева, назначение и условия применения режущих и контрольно-измерительных инструментов.
Профессия модельщика всегда очень востребована. По объёму знаний и полученным квалификационным навыкам эта профессия шире большинства других рабочих профессий. Она требует знаний инженера-конструктора.
На некоторых предприятиях для изготовления моделей используют не только древесину, но и пенопласт и другие материалы. В настоящее время модели для отливок изготовляют и с помощью ЗО-принтера.
Литьё по выплавляемым моделям является технологическим процессом, для реализации которого применяют цельные модели из легкоплавких материалов на основе парафина, полистирола и других полимеров. Модели вместе с элементами литниковой системы (система каналов и полостей для вливания металла в полости литейной формы) покрывают несколькими слоями жидкой формовочной смеси (огнеупорный и связующий материал) с предварительной просушкой каждого слоя. Затем модель выплавляют и получают тонкую пустотелую оболочку толщиной 1,5—4 мм. Литейную форму устанавливают в опоку (ящик) и засыпают снаружи песком для придания большей прочности. Затем оболочку прокаливают в печи при температуре 900— 1000 С и заливают металл (в горячую форму).
Механическая обработка заготовок сводится к минимуму или может быть полностью исключена.
Литейщик — это общее название группы профессий, занятых в литейном производстве. За последние годы в области литейного производства резко обозначился дефицит кадров. Сегодня молодых специалистов не хватает. Одну из специальностей литейщика можно получить непосредственно на производстве в процессе курсового обучения.
Словарь
самородный металл; руда; литьё; изложница; кокиль; модельщик.
Проверьте себя:
1. Какие металлы получают из самородных залежей?
2. Что такое руда?
3. Что такое литьё в изложницу?
4. Что позволяет получить технология литья в кокиль?
5. Когда применяется литьё в разовые формы?
6. Зна ния каких учебных предметов понадобились вам на уроках технологии?
* Найдите в справочниках или в Интернете, по какой тех1юлогии на Руси отливали пушки во времена царя Ивана Грозного.
Источник: xn—-7sbbfb7a7aej.xn--p1ai
Самородные элементы
Саморо́дные элеме́нты, класс минералов , химический состав которых отвечает химическим элементам . Среди самородных элементов различают самородные металлы, полуметаллы и неметаллы.
Наиболее распространённые самородные элементы
Наиболее распространённые самородные металлы – золото , медь , серебро , железо , ртуть и платина ; в небольших количествах и существенно реже встречаются самородные свинец, олово, висмут, индий, кадмий, цинк, алюминий, никель, кобальт и др.
Самородок золота (штат Колорадо, США). Экспонат из коллекции Денверского музея природы и науки (штат Колорадо, США). Самородок золота (штат Колорадо, США). Экспонат из коллекции Денверского музея природы и науки (штат Колорадо, США).
Из самородных полуметаллов более всего известны самородные мышьяк и сурьма . Самыми распространёнными самородными неметаллами являются самородная сера и самородный углерод, изредка встречаются самородные селен и теллур. Для некоторых самородных элементов характерны полиморфные модификации (самородные сера, углерод).
Кристалл алмаза в кимберлите (ЮАР). Экспонат из коллекции Национального музея естественной истории (Вашингтон, США). Смитсоновский институт. Кристалл алмаза в кимберлите (ЮАР). Экспонат из коллекции Национального музея естественной истории (Вашингтон, США).
Смитсоновский институт.
Происхождение. Промышленное значение
Самородные элементы образуются в магматических , гидротермальных , метаморфических и гипергенных процессах; многие из них накапливаются в россыпях , самородное железо и железоникелевые сплавы присутствуют в метеоритах . Большинство самородных элементов встречается редко или крайне редко, и лишь некоторые образуют крупные скопления (месторождения). Важное промышленное значение имеют самородное золото и самородные элементы группы платины, менее важны самородные медь, серебро, ртуть; широко используются в промышленности самородная сера и полиморфные модификации самородного углерода – алмаз и графит . Пекова Наталья Анатольевна
Источник: bigenc.ru
Самородные металлы
Неолитической цивилизации предшествовали длительное формирование и медленное развитие использовавшихся человеком орудий труда и инструментов. История первобытного человеческого общества была неразрывно связана с камнем. Самые примитивные каменные изделия представляли собой обыкновенную речную гальку, оббитую с одного края. Возраст древнейших каменных орудий датируется периодом около 2,5 млн. лет. Важнейшим событием стало освоение кремневых орудий труда.
В кремне была впервые найдена и воплощена форма таких основополагающих для технического прогресса изделий, как топор, серп, нож, молоток. Использование самородных металлов началось, скорее всего, в эпоху мезолита (среднего каменного века), т.е. несколько десятков тысяч лет назад. К этому времени мастерство поиска, добычи камней и изготовления из них не только орудий труда, но и украшений для первобытного человека стало делом обыденным и превратилось в своеобразную индустрию.
Предметы из неолитических поселений:
1 – костяной гарпун;2, 4 – кремневые резцы;3, 8 – кремневые наконечники стрел;5, 10 и 11 – кремневые скребки;6, 9 – кремневые «пики»;7 – обломок глиняного сосуда
Именно в процессе поиска камней, подходящих для изготовления новых изделий, человек и обратил внимание на первые самородки , по-видимому, медные, которые имеют гораздо большее распространение в природе, чем самородки благородных металлов – золота, серебра, платины. Самородную (теллурическую, от латинского слова «теллус» – земля) медь и сегодня находят во многих регионах мира: в Малой Азии, на Индокитае, Алтае, в Америке. До сих пор встречаются медные самородки массой несколько килограммов. Крупнейшим проявлением самородной меди считается сплошная медная жила, обнаруженная на полуострове Кьюсиноу (озеро Верхнее, США). Ее масса оценивается примерно в 500 т.
Не только благородные металлы могут в земных условиях присутствовать в самородной форме. Известно, что в природе обнаруживаются самородки железа, ртути и свинца, гораздо реже – самородки таких металлов и сплавов, как цинк, алюминий, латунь, чугун. Они встречается в виде мелких листочков и чешуек, вкрапленных в горные породы, чаще всего в базальт.
Самородное железо в ХХ веке находили, например, на острове Диско вблизи побережья Гренландии, в Германии (у города Кассель), во Франции (департамент Овернь), в США (штат Коннектикут). Оно всегда содержит значительное количество никеля, примеси кобальта, меди и платины (от 0,1 до 0,5 % масс. каждого элемента) и, как правило, очень бедно углеродом. Известны находки самородного чугуна, например, на островах Русский (на Дальнем Востоке) и Борнео, а также в бухте Авария — Бэй (Новая Зеландия), где самородный сплав был представлен когенитом – железоникелькобальтовым карбидом (Fe, Ni, Co)3C.
Наблюдение за изменением формы самородков под ударами твердых камней натолкнуло человека на мысль использовать их для изготовления мелких украшений путем холодной ковки. Ковка – древнейший способ обработки металлов давлением.
Освоение способа обработки самородного металла ковкой базировалось на навыках и опыте изготовления каменных орудий труда путем «обивки» камня каменным же молотом. Самородная медь, которую первобытные люди сначала тоже считали разновидностью камня, при ударах каменного молота не давала характерных для камня сколов, а изменяла свои размеры и форму без нарушения сплошности материала. Это замечательное технологическое свойство «нового камня» стало мощнейшим стимулом поиска и добычи самородного металла и использования его человеком. Кроме того, было замечено, что ковка повышает твердость и прочность металла.
В качестве молота сначала применяли обычные куски твердого камня. Первобытный умелец, зажав камень в руке, наносил им удары по куску самородного, а впоследствии – выплавленного из руды металла. Эволюция этого простейшего способа ковки привела к созданию прообраза кузнечного молота, снабженного рукояткой.
Однако обработка металла холодной ковкой имела ограниченные возможности. Таким способом можно было придать форму лишь малым по величине предметам – булавке, крючку, наконечнику стрелы, шилу. Позднее была освоена технология ковки самородков меди с предварительным нагревом – отжигом.
Большие возможности для развития первых технологий металлообработки давали самородки – металла намного более пластичного, чем медь. Золото сыграло выдающуюся роль в становлении горно-металлургического производства цивилизации. Первыми золотоносными месторождениями, освоенными человеком, были россыпные.
Золотые самородки находили в массе аллювиальных песков и гравия, представлявших собой продукты разрушения горных золотоносных пород, которые в течение длительного времени подвергались воздействию речных потоков. По-видимому, древнейшими украшениями из золота были самородки, обработанные в форме бисеринок холодной ковкой. Эти отшлифованные бусинки выглядели как цветные камни, нанизывавшиеся вместе в различных сочетаниях.
При добыче золота из жил были созданы технологии, применявшиеся затем при разработке месторождений других древних металлов. Золото стало первым металлом, из которого научились отливать изделия, получать проволоку и фольгу, золото впервые подвергли рафинированию. По существу, все металлургические технологии, применявшиеся в эпоху Древнего мира к серебру, меди, свинцу, олову, были первоначально отработаны на золоте.
Тем не менее, основой цивилизации вплоть до 3-го тысячелетия до н. э. оставался камень. Характерным признаком ранней неолитической техники стал переход к крупным каменным орудиям. Их появление связано с развитием новых технологических приемов обработки камня – сверления, пиления, шлифования.
Были изобретены составные («вкладышевые») орудия, в которых каменный материал использовался только для рабочей части, а рукояти изготовлялись из дерева, рога или кости. Постепенно получил развитие ремонт орудий – их подправка по мере изнашивания рабочей части. Возникли горные разработки, в которых для разрушения горных пород стали использовать огонь. Удивительным техническим достижением людей эпохи неолита является добыча кремней в шахтах с вертикальным стволом глубиной до 10 м и короткими штреками. Таким образом, в начале неолитической революции люди обладали разнообразными знаниями о природных веществах и материалах, методах их обработки.
Источник: metalspace.ru