Полухин - Технология металлов и сварка

В учебнике изложены основы производства черных и цветных металлов, линейного производства, обработки металлов давлением, сварочного производства: рассмотрены важнейшие вопросы металловедения и термической обработки, а также обработки металлов резанием.

По содержанию и научному уровню учебник отвечает требованиям программы соответствующего курса, утвержденной учебно-методическим управлением Министерства высшего и среднего специального образования СССР.

Предназначается для студентов строительных специальностей технических вузов и может использоваться в качестве учебного пособия для студентов-заочников немашиностроительных специальностей.

Издательство «Высшая школе», 1977 г.

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий учебник написан по программе курса «Технология металлов и сварка» для студентов строительных специальностей  высших учебных заведений. Изучение технологии металлов способствует успешному усвоению специальных дисциплин, формирующих технический кругозор  инженера-строителя.

Ознакомление со способами получения черных и цветных металлов и сплавов, знание их основных свойств и методов обработки  необходимы для правильного выбора и использования металлических  материалов в строительстве. Инженер любой строительной специальности  должен знать, как влияют на свойства металлов режимы термической и других обработок и что можно сделать для изменения свойств металлов в нужном направлении.

Получая необходимые знания по технологии металлов, студенты строительных специальностей должны более подробно изучать те  строительные материалы, которые непосредственно связаны с их  дальнейшей практической деятельностью. Поэтому в разделе «Металловедение и термическая обработка» содержатся сведения о строительных сталях, их свойствах и областях применения; в разделе «Обработка  металлов давлением» полнее изложена технология прокатки строительных профилей (арматурной стали, тонкостенных балок, швеллеров, шпунтовых свай, полосовой стали и труб), а также экономичных профилей проката переменного и постоянного сечения; в разделе «Сварка и  огневая резка металлов» подробно описана технология сварки  строительных конструкций.

В разделе «Обработка металлов резанием» не рассмотрена  слесарная обработка металлов, так как с основными ее операциями и  применяемым инструментом студенты очного обучения подробно знакомятся на производственной практике, а студенты заочного обучения — во время работы на предприятиях.

Учебник составлен коллективом авторов под общей редакцией докт. техн. наук, проф. П. И. Полухина.. Разделы первый, второй и пятый напис&ч проф. Б. Г. Гринберг; третий — проф. С. К. Кантеник; четвертый — докт. техн. наук, проф. 11. И. Полухин и проф. Д. И.  Васильев (глава «Ковка и штамповка металлов»); введение и шестой  раздел — проф. В. Т. Жадан; доц. канд. техн. наук В. С Ермаков принимал участие в написании § 5 «Термомеханическая обработка стали» главы XI.

Все замечания и пожелания, направленные иа улучшение учебника, следует посылать в издательство «Высшая школа» по адресу: Москва, Неглинная ул., д. 29/14.

Авторы

 

ВВЕДЕНИЕ

Металлы — наиболее распространенные и широко используемые материалы в производстве к в биту человека. Особенно велико  значение металлов в наше время, когда большое их количество используют в машиностроительной промышленности, на транспорте, в  промышленном, жилищном и дорожном строительстве, а также в других отраслях народного хозяйства.

Производство и обработка металлов возникли очень давно и  достигли современного технического уровня развития в результате  использования практического опыта и достижений науки многих поколений человеческого общества. Сначала человек использовал для различных целей самородные металлы — золото, серебро, медь. Затем он научился получать  металлы и сплавлять их друг с другом. Получение бронзы (прочного и твердого сплава меди с оловом, а позднее и с некоторыми другими  элементами) открыло новую эпоху в развитии материальной культуры, называемую бронзовым веком. Позже была освоена выплавка железа.

Первыми плавильными агрегатами для получения железа из руд были неглубокие земляные ямы (горны), в которые загружали  измельченную железную руду и древесный уголь. При горении древесного угля руда превращалась в сыродутное железо. Его извлекали из горна в виде комков (железных криц) и подвергали ковке. К ХШ—XIV вв. нашей эры сыродутные горны заменили круглыми шахтными печами— дойницами. В них развивались более высокие температуры, чем в  сыродутных горнах, и происходило насыщение железа углеродом. В  результате в нижней части домницы получался жидкий металл — чугун. Из чугуна изготовляли простые отливки (плиты, шары и т. п.). Эти отливки обладали достаточной прочностью, но были хрупкими и не поддавались ковке.

Постепенно форму домницы изменяли, а ее размеры увеличивали. Ее стали называть доменной печью, являющейся до сих пор основным агрегатом для производства чугуна.

Современные доменные печи — это крупные  высокомеханизированные и автоматизированные агрегаты большой единичной мощности. В нашей стране на Криворожском металлургическом заводе им. В. И. Ленина в 1974 г. введена в строй самая мощная в мире доменная печь объемом 5000 м3; она обеспечивает выпуск около 4 млн. т чугуна в год.

Примерно в середине XIV в. научились перерабатывать хрупкий чугун в очень прочный и ковкий металл — сталь, выжигая углерод из жидкого чугуна в так называемых кричных горнах. Позднее кричный процесс сменили более совершенные способы  передела чугуна в сталь — пудлинговый, бессемеровский, томасовский и мартеновский. Последние три способа, в также электроплавка находят широкое применение в современном сталеплавильном производстве.

При этом основным направлением научно-технического прогресса в сталеплавильном производстве является кислородно-конверторный способ производства стали. В 1974 г. на Ново-Липецком  металлургическом заводе введен в строй кислородно-конверторный блок, который обеспечивает выпуск 4 млн. т стали в год.

Применение кокса (первая половина XVIII в) и использование  горячего дутья (начало XIX в.) в доменных печах создали огромные  возможности для дальнейшего расширения выплавки чугуна и связанного с ним производства стали.

-Существенную роль в развитии отечественной металлургии чугуна и стали сыграли работы М. В. Ломоносова, М. А. Павлова, А. А- Байкова, И. П. Бардина и многих других.

Наши соотечественники П. П. Аносов и Д. К. Чернов в XIX в. заложили основы металлографии — науки о строении металлов к сплавов.

В настоящее время металлография и смежные с ней науки содержат глубокие знания о строении металлов и сплавов и природе внутренних связей в них. На основе этих данных разработаны методы термической (тепловой) обработки металлов и сплавов, изменяющей их  механические и физические свойства в нужном направлении. Одновременно с развитием и усовершенствованием методов получения черных и цветных металлов развивалась и совершенствовалась  технология их обработки. К основным технологическим способам обработки металлов относят литейное производство, обработку давлением  (прокатку, волочение.прессование, ковку, штамповку), сварку и огневую резку, термическую обработку, обработку резанием (механическая обработка) и различные виды электрофизических и электрохимических способов размерной обработки металлов.

Производство литых металлических изделий было известно в  глубокой древности, но более широко стало развиваться после XIV в., когда научились получать в земляных формах отливки из жидкого чугуна, выплавляемого в доменных печах.

В конце XVIII в. была предложена опрокидывающаяся шахтная печь, явившаяся прототипом вагранки, а несколько позже — и  вагранка для переплавки чугуна; это расширило возможности  литейного производства.

Для удовлетворения непрерывно возрастающих потребностей  машиностроительной промышленности в практику литейного производства постепенно вводили новые способы литья, а также формовочные машины, механизировали и совершенствовали технологические  процессы получения отливок из чугуна, стали и цветных металлов.

Наиболее ранними способами обработки металлов давлением  являлись ковка и волочение. Все технологические операции выполняли вручную. Значительное развитие эти способы обработки получили со времени постройки железоделательных заводов в XVI—XVII вв. Большим шагом вперед в развитии кузнечного производства было  применение в XIX в. паровых, пневматических, фрикционных колотое и прессов.

Прокатка металлов возникла позже ковки и волочения. Первые сведения о прокатке относятся к XV в. (обработка свинцовых полос). Первые прокатные станы имели ручной, а зятем водяной притд. В 40-х годах XIX в. на заводах появились прокатные станы с механическим приводом.

С увеличением мощности прокатного оборудования стали  появляться специальные станы для прокатки листов.рельсов, сортового металла. В конце XIX в. начали применять крупные станы для обжатия слитков (так называемые блюминги и слябинги). Современные прокатные  станы представляют собой мощные агрегаты с высокой степенью  механизации и автоматизации.

Прессование цветных металлов возникло в последней четверти XIX в., стали и тугоплавких сплавов — только в 30-х годах XX в. Сварка металлов является одним из прогрессивных процессов  металлообработки в промышленности и строительстве. Существует  несколько способов сварки," из них наиболее распространенным является электросварка. В настоящее время способы сварки металлов и сплавов в значительной степени усовершенствованы и автоматизированы. Среди способов обработки металлов и сплавов важное место  занимают различные виды термической обработки — отжиг,  нормализация, закалка, отпуск и др. Нагревом металлов или сплавов до  определенной температуры, выдержкой и последующим охлаждением с различной скоростью получают необходимые изменения их структуры и свойств.

Обработка металлов резанием была известна в глубокой древности и осуществлялась сначала вручную, в затем с помощью  приспособлений, значительно усиливающих действие режущего инструмента. 

Токарные и сверлильные станки с вращательным движением от водяного колеса появились лишь в XIV—XVI вв. В начале XVIII в. был  сконструирован и применен в токарном станке суппорт, перемещающийся вдоль обрабатываемой детали при помощи зубчатого колеса и рейки.

Позже для продольного перемещения суппорта был использован ходовой винт. К середине XIX в. были изобретены все основные виды  металлорежущих станков.

В настоящее время советской станкостроительной  промышленностью освоены vi серийно выпускаются высокопроизводительные  металлорежущие станки — автоматы и полуавтоматы, а также  автоматические линии, работающие по заданной программе.

Увеличение производства металлов было и остается одной из важнейших народнохозяйственных задач Советского Союза, так как потребность в них еще далеко не удовлетворяется. В соответствии с планами развития народного хозяйства у нас изготовляют огромные количества металлорежущих станков, автомобилей, тракторов,  комбайнов, вагонов, тепловозов, электровозов, кораблей; строят  многочисленные промышленные и гражданские здания, новые жилые дома, железнодорожные и автодорожные мосты; прокладывают тысячи  километров водо-, газо- и нефтепроводов, железнодорожных и  автомобильных дорог и т. д. Все это требует значительного количества  металла.

В 1975 г. народное хозяйство страны получило 103 млн. т чугуна. 141 млп. т стали, 98,6 млн. т готового проката и 16,0 млн. т стальных труб, большое количество меди, алюминия, титана и других цветных металлов и их сплавов. К концу десятой пятилетки в 1980 г.  производство стали составит 160—170 млн. т, проката 115—120 млн. т.

В Программе Коммунистической партии Советского Союза  поставлена величественная задача—создание материально-технической базы коммунизма в нашей стране. Это означает прежде всего полную  электрификацию и химизацию народного хозяйства, комплексную  механизацию и автоматизацию производственных процессов, всемерное  расширение использования новых видов энергии и материалов и 

совершенствование на этой основе техники, технологии и организации  производства во всех отраслях народного хозяйства. Для выполнения этой исторической задачи необходимо дальнейшее интенсивное развитие всех отраслей народного хозяйства, в том числе металлургии, машиностроения и металлообработки, а также  строительной индустрии.

...