Детская энциклопедия

Меню сайта











Защита металла

Вы видите на улице автомобиль. Издали он кажется вам новым. Но приглядитесь вни­мательнее, и, возможно, вы увидите на его поверхности едва заметные пузырьки. Многие из них уже лопнули и походят на кратеры вул­канов, сфотографированные сверху, с большого расстояния. Только внутри этих «вулканов» не застывшая лава, а бурая ржавчина.

Автомобиль этот действительно еще сравни­тельно новый — ему всего 5—6 лет от роду. По своим ходовым данным он достаточно хорош. Он мог бы еще долго бегать по дорогам, выпол­няя различную полезную работу. Но беспо­щадная коррозия почти вдвое укорачивает его век.  Она пожирает металл, вздувает краску кузова, образуя на ее гладкой поверхности кратерообразные бурые пятна.

Коррозия приносит огромный ущерб. Под­считано, что каждый год она уносит до 10% железа и сплавов. Естественно поэтому, что люди стремятся защитить металл от разъедания и коррозии, особенно когда ему предстоит «работать» во влажном воздухе, в воде, сопри­касаться с вредно действующими на него газа­ми и жидкостями.

Все знают о никелированной, луженой, эма­лированной посуде, оцинкованном железе крыш, о лаках и красках, которыми покрывают метал­лические изделия. Часто на металл наносят защитную окисную пленку. Тогда тон­кий слой уже окислившегося металла предо­храняет деталь от дальнейшего разрушения. А алюминий сам защищает себя этим спосо­бом: под воздействием воздуха на его поверх­ности образуется тонкий прочный слой окислов. Нередко металл для защиты покрывают сло­ем другого металла — олова, цинка, никеля, хрома.

Если образовать на поверхности стальных, алюминиевых или цинковых изделий либо их сплавов тонкий слой фосфатов (солей фосфор­ной кислоты), а затем нанести краску, лак, масло, то деталь также не подвергнется корро­зии. Кузов автомобиля «Москвич», например, прежде чем попасть на окраску, проходит через несколько подготовительных камер с душем: сначала обезжиривающим, затем обычным, про­мывочным, а в конце фосфатным. В результате на поверхности металла образуется тонкая защитная пленка, помогающая краске предо­хранять металл от коррозии. Благодаря фосфатированию срок службы кузова уда­лось продлить на несколько лет.

В качестве покрытия предложено также при­менять изготовленную химиками полиэтилено­вую пленку. Она тоже предохраняет металли­ческие конструкции от коррозии. Изоляция по­лимерными пленками начинает получать все более широкое применение.

«Бронировать» металлические трубопрово­ды можно и с помощью особой пасты, которую наносят на металлическую поверхность.

А многие металлические предметы и тру­бы выпускаются сразу с готовым покрытием, защищающим их от коррозии.

Но покрытие поверхности различными за­щитными преградами лишь одно из направ­лений борьбы за долгую жизнь металла. Метал­лурги научились в этих целях изменять и сам металл. Таковы, например, многие сплавы. Их делают нержавеющими, добавляя различ­ные элементы, которые хорошо сопротивляются коррозии. Например, если в сталь добавить немного хрома, никеля, вольфрама, молибдена, то она становится прочной и нержавеющей.

Иные способы защиты используются при длительном хранении металлических изделий. Для этого применяют найденные химиками осо­бые составы, замедляющие скорость разруше­ния материалов,— ингибиторы. В пропи­танной ими бумаге можно долго хранить изде­лия, не опасаясь их порчи. Дело в том, что ингибиторы не позволяют кислороду воздуха и влаге проникать к металлической поверхно­сти. Некоторые ингибиторы наносят прямо на поверхность готовой машины. Ее помещают для этого в специальный контейнер и пускают туда пары ингибитора. Когда пары оседают, ма­шина оказывается покрытой защитной пленкой.

Но металл приходится защищать не только от разъедания и коррозии." Есть у него и дру­гие враги — трение, износ и высокие темпера­туры. Так, например, всего лишь на один ки­лограмм вес изношенной автомашины меньше, чем вес новой. Всего один килограмм изно­са — и машина выходит из строя! Если вспомнить, сколько машин работает на полях и в шахтах, на заводах и в рудниках, на элек­тростанциях и на транспорте, станет ясно, какие выгоды может принести народному хо­зяйству успешная борьба с износом деталей.

Какими же способами это делается?

Одно из направлений — разделение тру­щихся поверхностей. Во вращающихся частях машин для этой цели применяют подшипники. Очень часто поверхности разделяют слоем смазки.

Другое направление — увеличение прочности деталей при их изготовлении. Для этого суще­ствует целый ряд способов: тепловая обработка, при которой изменение темпера­туры ведет к изменению свойств материала; обкатка, позволяющая сгладить поверх­ность, уплотнить ее, и т. д. При этом трещины углубления, всевозможные неровности, остав­шиеся от предыдущей обработки резцом, вы­равниваются. Увеличивается и твердость ме­талла, он лучше сопротивляется износу. Например, обкатка вагонной оси увеличивает срок ее службы в 25 раз. Такой обработке подвергают детали цилиндрической формы и от­верстия. Иногда вместо обкатки отверстий при­меняют продавливание сквозь них стальных шариков или другого инструмента.

Широко используется и обдувка де­талей дробью. При ударах дробинок поверх­ность металла так же уплотняется и сглаживает­ся, как и при обкатке. Тонкий поверхностный слой приобретает большую прочность. Срок службы обдутых дробью пружин, например, возрастает почти вдвое. Прочность коленчатого вала двигателя увеличивается в 9 раз, спираль­ных пружин — в 13 раз, сварных швов — в 3 раза.

Можно наносить удары по поверхности и стальными шариками. Правда, этот способ применяется только для обработки цилиндров и плоскостей. Но зато он может заменить тон­кое шлифование и полирование и требует го­раздо меньшей затраты труда. Для обработки крупных деталей вместо шариков применяют специальные бойки. Ударами бойка прочность металла повышается примерно в полтора раза.

При упрочении металла, так же как и при защите его от внешних воздействий, на помощь нередко приходит химия. Поверхностный слой насыщают углеродом и азотом, алюминием, хромом, кремнием, бором. Их молекулы про­никают в защищаемый металл и образуют в нем твердый поверхностный слой с повышенной прочностью и износоустойчивостью, стойкостью против окисления, нагрева, действия кислот. Нужные для этого химические вещества при­меняют в жидком виде — в растворах, газо­образными или в виде порошков, которые в рас­плавленном состоянии наносят на поверхность металла. Так, например, покрывают детали алюминием.

Покрывают детали и твердыми сплавами. Твердосплавные покрытия позволяют повысить в 10 раз стойкость экскаваторов, дробилок, буровых инструментов, штампов, которыми приходится выдерживать интенсивное истира­ние, удары и трение. Это дает народному хозяйству миллионы рублей дополнительной экономии: ведь деталь можно изготовлять из обычной стали, а из дорогого сплава делать только тонкий защитный слой.

Защитные покрытия из сплавов и особо прочных металлов наносятся на деталь разны­ми способами. Хром, например,— электро­литическим путем. А при никелиро­вании можно обойтись и без электрического тока. Деталь погружают в подогретый раствор, содержащий соединения никеля. Никель осаж­дается из раствора, причем очень равномерно. Получается слой строго определенной толщины. Это позволяет покрывать детали сложной фор­мы с внутренними полостями. А если после покрытия деталь подогреть, защитный слой станет более твердым.

Детали, никелированные химическим способом, надежны в работе при высоких температурах.

Можно и иначе защитить поверхность ме­талла — закалить, т. е. нагреть, тонкий наружный слой, оставив сердцевину более мяг­кой. Тогда деталь не станет хрупкой и будет хорошо переносить нагрузки, а твердый закаленный слой предохранит ее от поверхностного износа. Поверхность часто нагревают пламе­нем. Деталь вращают около движущейся вдоль нее горелки, и металл при этом насквозь про­греться не успевает. Затем его охлаждают во­дой. Слой в несколько миллиметров после на­грева и охлаждения становится твердым.

Широко применяется и другой способ за­калки — с помощью токов высокой частоты. Если поместить металлическую деталь в пере­менное магнитное поле, то в ней появится ток, который распространится лишь по поверхно­сти. В несколько секунд поверхностный слой нагреется и после охлаждения закалится. Закалочное устройство имеет индуктор — один или несколько витков медной трубки. По нему проходит ток высокой частоты, возбуж­дающий переменное магнитное поле. Внутри индуктора и помещают деталь. Меняя частоту тока, можно изменять толщину закаливаемо­го слоя от долей миллиметра до сантиметра. Индукторы разных форм позволяют закаливать самые разнообразные изделия — плоские, ци­линдрические и т. п. Можно также закаливать поверхность не всей детали, а только отдель­ных ее частей — зубья шестерен, шейки валов, концы рельсов. Сейчас этот процесс успешно автоматизируется. Уже существуют закалоч­ные установки — автоматы, работающие на токах высокой частоты. У них очень высокая производительность. На таком автомате можно закалить за сутки 350 тыс. швейных иголок. Игла за время падения внутри индуктора успе­вает нагреться и сразу же попадает в охлаж­дающее масло. Весь процесс занимает 0,3 се­кунды.

Электричество


помогает упрочнять металл и другим способом — электроискро­вой обработкой. Деталь включается в цепь и служит электродом. Между ней и дру­гим электродом, когда они сближаются, про­исходит электрический разряд. При этом мель­чайшие частички металла, металлического спла­ва, углерода и т. д. переносятся с электрода-инструмента на электрод-деталь и поверхность детали постепенно покрывается тончайшим защитным слоем. Стойкость к износу трущихся поверхностей после электроискрового упроче­ния увеличивается во много раз. Это происхо­дит потому, что высокая температура при раз­ряде (выше 10 000°) обеспечивает быструю закалку.

Выше уже говорилось, что материал защит­ного покрытия может быть различным. К упо­мянутым уже твердым металлам и сплавам, углероду и т. д. надо прибавить еще особую керамику, содержащую окислы алюминия, ти­тана, магния, хрома, циркония и других ме­таллов. Так защищают от прогорания детали реактивных двигателей, турбинные лопатки, нагреватели электропечей, т. е. те детали, которые работают в условиях высоких темпе­ратур. Керамику наносят большей частью рас­пылением. Получается очень твердый, стойкий против всевозможных химических воздействий тонкий слой, который прочно соединен с ме­таллом.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016