Вступ до звичайних металевих матеріалів і процесів обробки поверхні

Сьогодні ми детально познайомимо всіх з характеристиками та використанням восьми поширених металевих матеріалів. Це дуже практично, і не забудьте зібрати його після прочитання!
Вісім поширених металевих матеріалів
1. Чавун - текучість
Будучи непомітною частиною нашого повсякденного середовища, люди рідко помічають каналізаційні кришки. Причина, чому чавун має такий широкий і широкий спектр використання, полягає головним чином у його чудовій текучості та легкому литті в різні складні форми. Чавун - це фактично назва суміші багатьох елементів, включаючи вуглець, кремній і залізо. Чим вищий вміст вуглецю, тим краще його текучість під час процесу заливки. Карбон виступає тут у двох формах: графіт і карбід заліза.
Наявність графіту в чавуні надає каналізаційним кришкам відмінну зносостійкість. Зазвичай іржа з’являється лише на поверхні, тому її зазвичай полірують. Однак існують ще спеціальні заходи для запобігання іржі в процесі заливки, які полягають у нанесенні на поверхню відливки шару асфальтового покриття. Асфальт просочується в дрібні отвори на поверхні чавуну, тим самим відіграючи роль запобігання іржі. Традиційний процес виробництва матеріалів для лиття в піщаних формах зараз багато дизайнерів застосовують в інших нових і цікавіших галузях.
Характеристики матеріалу: відмінна текучість, низька вартість, хороша зносостійкість, низька усадка при затвердінні, крихкість, висока міцність на стиск і хороша оброблюваність.
Типове використання: чавун має історію застосування протягом сотень років, включаючи такі галузі, як архітектура, мости, інженерні компоненти, домашні меблі та кухонне начиння.
2 Нержавіюча сталь - Любов без іржі
Нержавіюча сталь - це сплав, виготовлений шляхом введення в сталь хрому, нікелю та інших металевих елементів. Його властивості не іржавіти походять від складу хрому в сплаві. Хром утворює на поверхні сплаву міцну та самовідновлювальну плівку оксиду хрому, яка невидима неозброєним оком. Співвідношення нержавіючої сталі та нікелю, яке ми зазвичай маємо на увазі, зазвичай становить 18:10. Термін «нержавіюча сталь» відноситься не тільки до одного типу нержавіючої сталі, а й до понад сотні промислових нержавіючих сталей, кожна з яких має чудові характеристики у своїй конкретній галузі застосування.
На початку 20-го століття нержавіюча сталь була введена в сферу дизайну виробів, і дизайнери розробили багато нових продуктів на основі її міцності та стійкості до корозії, залучаючи багато областей, які ніколи раніше не досліджувалися. Ця серія спроб дизайну є дуже революційною. Наприклад, у медичній промисловості вперше з’явилися пристрої, які після дезінфекції можна використовувати повторно.
Нержавіючу сталь поділяють на чотири основні типи: аустеніт, ферит, ферит-аустеніт (композит) і мартенсит. Нержавіюча сталь, яка використовується в побутових виробах, переважно аустенітна.
Характеристики матеріалу: охорона здоров'я, стійкість до корозії, тонка обробка поверхні, висока жорсткість, може бути сформований за допомогою різних методів обробки, і важко виконати холодну обробку.
Типове використання: серед широко використовуваних нержавіючих сталей основного кольору аустенітна нержавіюча сталь є найбільш прийнятним матеріалом для фарбування, який може досягти задовільного вигляду кольору та форми. Аустенітна нержавіюча сталь в основному використовується в декоративних будівельних матеріалах, побутових виробах, промислових трубопроводах і будівельних конструкціях; Мартенситна нержавіюча сталь в основному використовується для виготовлення ріжучих інструментів і турбінних лопаток; Феритна нержавіюча сталь має антикорозійні властивості і в основному використовується в міцних пральних машинах і компонентах котлів; Композитна нержавіюча сталь має більш високу стійкість до корозії, тому її часто використовують в корозійних середовищах.
3 -730 фунтів цинку за все життя
Цинк із сріблястим відтінком і відтінком синьо-сірого відтінку є третім кольоровим металом за популярністю після алюмінію та міді. Статистика Гірничого бюро Сполучених Штатів показує, що середня людина споживає загалом 331 кілограм цинку протягом свого життя. Цинк має дуже низьку температуру плавлення, тому він також є ідеальним матеріалом для лиття.
Виливки на основі цинку дуже поширені в нашому повсякденному житті: такі матеріали, як дверні ручки, годинники, крани, електронні компоненти тощо під поверхневим шаром. Цинк має надзвичайно високі антикорозійні властивості, що надає йому ще одну основну функцію, яка полягає в тому, щоб служити матеріалом поверхневого покриття для сталі. На додаток до вищевказаних функцій, цинк також є сплавом, який використовується для синтезу латуні разом з міддю. Його корозійна стійкість поширюється не лише на покриття сталевих поверхонь, але й сприяє зміцненню імунної системи людини.
Характеристики матеріалу: гігієнічність, стійкість до корозії, чудова здатність до лиття, чудова стійкість до корозії, висока міцність, висока твердість, дешева сировина, низька температура плавлення, стійкість до повзучості, легкість формування сплавів з іншими металами, з користю для здоров’я, крихкість при кімнатній температурі та пластичність при температурі близько 100 градусів Цельсія.
Типове використання: компоненти електронних виробів. Цинк є одним із сплавів, які використовуються для виготовлення бронзи. Цинк також має характеристики чистоти, гігієнічності та стійкості до корозії. Крім того, цинк також використовується в матеріалах для покрівлі, пластинах для фотогравірування, антенах мобільних телефонів і затворних пристроях у фотоапаратах.
4 Алюміній (Al) - сучасні матеріали
Порівняно із золотом, яке має 9000-річну історію використання, алюміній, білий метал з легким блакитним світлом, можна вважати лише дитиною серед металевих матеріалів. Алюміній був представлений і названий на початку 18 століття. На відміну від інших металевих елементів, алюміній не існує в природі як прямий металевий елемент, а видобувається з бокситів, що містять 50% глинозему (також відомого як боксит). Алюміній, який існує в мінералах у цій формі, також є одним із найпоширеніших металевих елементів на Землі.
Коли вперше з'явився алюміній, метал, він не відразу став застосовуватися в житті людей. Пізніше поступово з’явилася партія нових продуктів, орієнтованих на його унікальні функції та характеристики, і цей високотехнологічний матеріал також поступово завоював ширший ринок. Незважаючи на те, що історія застосування алюмінію відносно коротка, виробництво алюмінієвих виробів на ринку зараз значно перевищує суму інших виробів з кольорових металів.
Характеристики матеріалу: гнучкі та пластичні, легко виготовляти сплави, високе співвідношення міцності до ваги, чудова стійкість до корозії, легко проводити електрику та тепло, підлягає переробці.
Типове використання: скелет автомобіля, компоненти літака, кухонне начиння, упаковка та меблі. Алюміній також часто використовується для зміцнення великих будівельних конструкцій, таких як статуя Бога кохання на площі Пікаділлі в Лондоні та верхівка Chrysler Motor Building у Нью-Йорку, усі з яких були зміцнені алюмінієвими матеріалами.
5 Магнієвий сплав - ультратонкий естетичний дизайн
Магній - надзвичайно важливий кольоровий метал. Він легший за алюміній і може утворювати високоміцні сплави з іншими металами. Магнієві сплави мають такі переваги, як легка щільність, висока питома міцність і жорсткість, хороша теплопровідність, хороші характеристики демпфування та електромагнітного екранування, легка обробка та формування, а також легка переробка. Однак протягом тривалого часу через високі ціни та технологічні обмеження магній і магнієві сплави використовувалися лише в невеликих кількостях в авіаційній, аерокосмічній та військовій промисловості, і тому відомі як «благородні метали». В даний час магній є третім за величиною металотехнічним матеріалом після сталі та алюмінію і широко використовується в аерокосмічній, автомобільній, електроніці, мобільному зв’язку, металургії та інших галузях. Можна очікувати, що через збільшення вартості виробництва інших конструкційних металів значення металевого магнію стане ще більшим у майбутньому.
На магнієвий сплав припадає 68% алюмінієвого сплаву, 27% цинкового сплаву і 23% сталі. Він зазвичай використовується в автомобільних деталях, корпусах продуктів 3C, будівельних матеріалах тощо. Більшість надтонких ноутбуків і корпусів мобільних телефонів виготовлені з магнієвого сплаву.
Стійкість магнієвого сплаву до корозії у 8 разів вища, ніж у вуглецевої сталі, у 4 рази – у алюмінієвого сплаву та більш ніж у 10 разів – у пластику. Його стійкість до корозії є найкращою серед сплавів. Магнієвий сплав, який зазвичай використовується, не горить, особливо коли використовується в автомобільних компонентах і будівельних матеріалах, що дозволяє уникнути миттєвого горіння. Більшість магнієвої сировини видобувається з морської води, тому її ресурси є стабільними та багатими.
Характеристики матеріалу: легка структура, висока жорсткість і ударостійкість, чудова стійкість до корозії, хороша теплопровідність і електромагнітне екранування, хороша негорючість, низька термостійкість і легка переробка.
Типове застосування: широко використовується в аерокосмічній, автомобільній, електроніці, мобільному зв’язку, металургії та інших галузях.
6 Мідь - супутник людини
Мідь — просто неймовірний універсальний метал, який так тісно пов'язаний з нашим життям. Багато ранніх інструментів і зброї людства виготовлялися з міді. Його латинська назва «cuprum» походить від місця під назвою Кіпр, який є островом з багатими запасами міді. Люди використовують абревіатуру Cu для назви острова, щоб назвати цей металевий матеріал, тому мідь має свою поточну кодову назву.
Мідь відіграє дуже важливу роль у сучасному суспільстві: вона широко використовується в будівельних конструкціях як носій для передачі електроенергії. Крім того, тисячоліттями він використовувався як сировина для виготовлення прикрас для тіла людьми з різних культур. Від простого декодування та передачі до відігравання вирішальної ролі в складних сучасних програмах зв’язку, цей пластичний метал помаранчевого кольору супроводжував наш розвиток і прогрес на всьому шляху. Мідь є чудовим провідником, за провідністю поступається лише сріблу. З огляду на історію використання людьми металевих матеріалів, мідь є найдавнішим металом, який використовували люди, поступаючись лише золоту. Це значною мірою пояснюється легкістю видобутку міді та тим фактом, що мідну промисловість відносно легко відокремити від міді.
Характеристики матеріалу: чудова стійкість до корозії, чудова теплопровідність, електропровідність, твердість, гнучкість, пластичність, унікальний ефект після полірування.
Типове застосування: дроти, котушки двигуна, друковані схеми, покрівельні матеріали, матеріали для трубопроводів, нагрівальні матеріали, ювелірні вироби, посуд. Це також один з основних компонентів сплаву для виготовлення бронзи.
7 Chromium - Додаткова обробка блиску
Найпоширеніша форма хрому використовується як легуючий елемент у нержавіючій сталі для підвищення її твердості. Процеси хромування зазвичай поділяють на три види: декоративні покриття, покриття з твердого хрому та покриття з чорного хрому. Хромування широко використовується в галузі техніки, і декоративне хромування зазвичай наноситься як самий верхній шар поза шаром нікелю. Покриття має делікатний дзеркальний ефект полірування. У процесі декоративної обробки товщина хромованого покриття становить лише 0,006 міліметрів. Плануючи використовувати процес хромування, важливо повністю враховувати небезпеку цього процесу. Тенденція до заміни води з шестивалентним декоративним хромом на воду з тривалентним хромом стає все більш очевидною, оскільки перша має сильну канцерогенність, тоді як друга вважається відносно менш токсичною.
Характеристики матеріалу: дуже висока гладкість, відмінні антикорозійні властивості, міцність і довговічність, легкість очищення та низький коефіцієнт тертя.
Типове використання: декоративне хромування є матеріалом для покриття багатьох автомобільних компонентів, включаючи дверні ручки та бампери. Крім того, хром також використовується для деталей велосипедів, змішувачів для ванних кімнат, меблів, кухонного начиння, посуду тощо. Тверде хромування частіше використовується в галузях промисловості, включаючи оперативну пам’ять у блоках керування завданнями, компонентах реактивних двигунів, пластикових формах і амортизаторах. Чорне хромування в основному використовується для декорування приладів і використання сонячної енергії.
8 Титан - легкий і міцний
Титан — дуже особливий метал з дуже легкою текстурою, але також дуже міцний і стійкий до корозії, зберігаючи свій колірний тон протягом усього життя при кімнатній температурі. Температура плавлення титану не сильно відрізняється від температури плавлення платини, тому його зазвичай використовують у точних компонентах аерокосмічної та військової промисловості. Після додавання струму та хімічної обробки будуть отримані різні кольори. Титан має чудову стійкість до кислотної та лужної корозії. Після кількох років вимочування в царській горілці титан все ще яскраво блищить і яскраво сяє. Якщо титан додається до нержавіючої сталі, додавання лише приблизно 1% може значно покращити її стійкість до іржі.
Титан має чудові характеристики, такі як низька щільність, стійкість до високих температур і стійкість до корозії. Титанові сплави мають щільність вдвічі меншу, ніж сталь, і міцність, подібну до сталі; Титан стійкий як до високих, так і до низьких температур. Він може зберігати високу міцність у широкому діапазоні температур від -253 градусів до 500 градусів. Ці переваги істотні для космічних металів. Титановий сплав є хорошим матеріалом для виготовлення корпусів ракетних двигунів, штучних супутників і космічних кораблів і відомий як «космічний метал».
Титан є чистим металом, і саме завдяки його чистоті речовини не піддаються хімічним реакціям при контакті з ним. Тобто завдяки високій корозійній стійкості та стабільності титан не впливає на свою сутність навіть при тривалому контакті з людиною, тому не викликає у людини алергії. Це єдиний метал, який не впливає на вегетативну нервову систему людини та смак, і відомий як «біофільний метал».
Найбільшим недоліком титану є те, що його важко видобути. Це головним чином тому, що титан може з'єднуватися з киснем, вуглецем, азотом і багатьма іншими елементами при високих температурах.
Характеристики матеріалу: дуже висока міцність, чудова стійкість до корозії порівняно з вагою, важка для холодної обробки, хороша зварюваність, приблизно на 40% легший за сталь і на 60% важчий за алюміній, низька електропровідність, низька швидкість теплового розширення та висока температура плавлення.
Типове використання: ключки для гольфу, тенісні ракетки, портативні комп’ютери, камери, багаж, хірургічні імплантати, скелети літаків, хімічне обладнання та морське обладнання. Крім того, титан також використовується як білий пігмент для паперу, живопису та пластмас.
Процес обробки поверхні металу
1. Введення в процес обробки поверхні
Процес використання сучасних методів фізики, хімії, металургії та термічної обробки для зміни стану поверхні та властивостей деталей, оптимізації їх поєднання з основними матеріалами та досягнення заданих вимог до продуктивності називається процесом обробки поверхні.
Функція обробки поверхні:
(1) Підвищення стійкості поверхні до корозії та зносостійкості, уповільнення, усунення та відновлення змін і пошкоджень поверхні матеріалу;
(2) Дозволити звичайним матеріалам отримувати поверхні зі спеціальними функціями;
(3) Збережіть енергію, зменшіть витрати та покращте навколишнє середовище.
2. Класифікація процесів обробки поверхні металів

Її можна розділити на чотири категорії: технологія модифікації поверхні, технологія поверхневого легування, технологія поверхневої плівки та технологія поверхневого покриття.
1, Технологія модифікації поверхні
1. Поверхневе гартування
Поверхневе гартування відноситься до методу термічної обробки, який використовує швидке нагрівання для аустенізації поверхні без зміни хімічного складу та структури серцевини сталі, а потім гартує її для зміцнення поверхні деталей.
Основні методи поверхневого гасіння включають гасіння полум'ям та індукційне нагрівання, а джерела тепла, які зазвичай використовуються, включають полум'я, таке як оксиацетилен або оксипропан.
2. Лазерне зміцнення поверхні
Лазерне зміцнення поверхні — це процес використання сфокусованого лазерного променя для попадання на поверхню заготовки, нагрівання надзвичайно тонкого матеріалу на поверхні заготовки до температури, що перевищує температуру фазового переходу або температуру плавлення, за дуже короткий проміжок часу. , а потім охолоджуючи його протягом дуже короткого періоду часу, щоб затвердіти та зміцнити поверхню заготовки.

Лазерне зміцнення поверхні можна розділити на зміцнювальну обробку за допомогою лазерного фазового перетворення, обробку лазерним сплавом поверхні та обробку лазерним покриттям.

Лазерне зміцнення поверхні має невелику зону термічного впливу, малу деформацію та зручність експлуатації. Він в основному використовується для локально зміцнених деталей, таких як штампи, колінчасті вали, розподільні вали, розподільні вали, шліцьові вали, напрямні точних інструментів, інструменти для різання швидкорізальної сталі, шестерні та гільзи циліндра двигуна внутрішнього згоряння.
3. Дробеструйне оброблення
Дробеструйне зміцнення — це технологія, яка розпилює велику кількість високошвидкісних рухомих снарядів на поверхню деталі, як незліченна кількість маленьких молотків, що б’ють по металевій поверхні, викликаючи певну пластичну деформацію поверхневого та підповерхневого шарів деталі для досягнення зміцнення.

функція:
(1) Підвищення механічної міцності, зносостійкості, стійкості до втоми та стійкості до корозії деталей;
(2) Використовується для поверхневої екстинкції та видалення накипу;
(3) Усунення залишкових напруг у виливках, поковках і зварних деталях.
4. Розкачування
Прокатка — це процес обробки поверхні, у якому використовується твердий валик або валик для застосування тиску до обертової поверхні заготовки при кімнатній температурі та переміщення вздовж напрямку твірної, викликаючи пластичну деформацію та зміцнення поверхні заготовки, щоб отримати точну, гладка та посилена поверхня або певний малюнок.

Застосування: деталі відносно простих форм, такі як циліндричні поверхні, конічні поверхні та плоскі поверхні.
5. Волочіння дроту
Волочіння дроту відноситься до методу обробки поверхні, при якому метал продавлюється через прес-форму під дією зовнішніх сил, стискаючи площу поперечного перерізу металу та отримуючи необхідну форму та розмір площі поперечного перерізу.

Малюнок може бути створений у декілька типів відповідно до декоративних потреб, включаючи прямі лінії, неправильні лінії, брижі та спіральні лінії.
6. Полірування
Полірування — це метод фінішної обробки, який модифікує поверхню деталі. Як правило, він може лише отримати гладку поверхню і не може покращити або навіть зберегти початкову точність обробки. Залежно від умов попередньої обробки значення Ra після полірування може досягати 1,6~0.008 мкМ.

Його зазвичай поділяють на механічне полірування та хімічне полірування.

 

2, Технологія поверхневого легування
Хімічна термічна обробка поверхні
Типовим процесом технології поверхневого легування є хімічна термічна обробка поверхні. Це процес термічної обробки, який поміщає заготовку в певне середовище для нагрівання та ізоляції, дозволяючи активним атомам середовища проникати в поверхню заготовки, тим самим змінюючи хімічний склад і структуру поверхні заготовки, і таким чином зміна його продуктивності.

У порівнянні з поверхневим гартом, хімічна термічна обробка поверхні не тільки змінює поверхневу структуру сталі, а й змінює її хімічний склад. Відповідно до різних елементів, які проникають, хімічну термічну обробку можна розділити на цементацію, азотування, багатокомпонентну спільну інфільтрацію, інфільтрацію інших елементів тощо. Процес хімічної термічної обробки включає три основні процеси: розкладання, абсорбцію та дифузію.
Двома основними методами хімічної термічної обробки поверхні є цементація та азотування.

 

3, технологія поверхневої плівки
1. Чорнення і фосфатування
Почорніння:
Процес нагрівання сталі або сталевих компонентів у повітрі, водяній парі або хімічних агентах до відповідної температури для утворення шару синьої або чорної оксидної плівки на їх поверхні. Також відомий як посиніння.
Фосфатизація:
Процес, під час якого заготовку (сталь, алюміній, цинкові деталі) занурюють у розчин фосфатування (розчин, що складається в основному з кислих фосфатів) і наносять на поверхню з утворенням кристалічної фосфатної конверсійної плівки, нерозчинної у воді, називається фосфатуванням.
2. Анодування
В основному відноситься до анодування алюмінію та алюмінієвих сплавів. Анодування - це процес занурення деталей з алюмінію або алюмінієвих сплавів у кислий електроліт і використання його як анода під дією зовнішнього струму для формування стійкого до корозії шару оксидної плівки, міцно з’єднаного з підкладкою на поверхні деталей. Ця оксидна плівка має особливі характеристики, такі як захист, декорування, ізоляція та зносостійкість.

Перед анодуванням слід провести попередню обробку, таку як полірування, знежирення та очищення, з подальшим промиванням, фарбуванням та герметизацією.
Застосування: зазвичай використовується для захисної обробки деяких спеціальних компонентів автомобілів і літаків, а також для декоративної обробки виробів ручної роботи та побутової техніки.

 

4, Технологія покриття поверхні
1. Термічне напилення
Термічне напилення - це процес нагрівання та плавлення металевих або неметалічних матеріалів, безперервного вдування стисненого газу на поверхню заготовки для формування покриття, яке міцно зчіплюється з основою, і отримання необхідних фізичних і хімічних властивостей поверхні. заготовка.

Використання технології термічного напилення може покращити зносостійкість, стійкість до корозії, термостійкість та ізоляційні властивості матеріалів.
Застосування: майже в усіх галузях, включаючи передові технології, такі як аерокосмічна промисловість, атомна енергетика та електроніка.
2. Вакуумне покриття
Вакуумне покриття — це процес обробки поверхні, під час якого різні металеві та неметалічні тонкі плівки наносяться на поверхню металу в умовах вакууму за допомогою дистиляції або розпилення.
За допомогою вакуумного покриття можна отримати дуже тонке поверхневе покриття, яке має такі переваги, як висока швидкість, хороша адгезія та низьке забруднення.

Принцип вакуумного напилення
Відповідно до різних процесів, вакуумне покриття можна розділити на вакуумне випаровування, вакуумне напилення та вакуумне іонне покриття.
3. Гальваніка

Гальванопластика - це електрохімічний та окисно-відновний процес. Як приклад нікелювання: занурте металеву заготовку в розчин солі металу (NiSO4) як катод, а металеву нікелеву пластину як анод. Після підключення джерела постійного струму на заготовку буде нанесено металевий нікельований шар.
Методи гальванопластики поділяються на звичайну гальванопластику та спеціальну гальванопластику.

Гальванопластика - це електрохімічний та окисно-відновний процес. Як приклад нікелювання: занурте металеву заготовку в розчин солі металу (NiSO4) як катод, а металеву нікелеву пластину як анод. Після підключення джерела постійного струму на заготовку буде нанесено металевий нікельований шар.
Методи гальванопластики поділяються на звичайну гальванопластику та спеціальну гальванопластику.