Системы технологий отрасли экономики

Физические  свойства Золота. Золото - мягкий, очень пластичный, тягучий металл (может быть проковано в листки толщиной до 8·10^-5 мм, протянуто в проволоку, 2 км которой весят 1 г), хорошо проводит тепло и электричество, весьма стойко против химического воздействий. Кристаллическая решетка Золото гранецентрированная кубическая, а = 4,704 Å. Атомный радиус 1,44 Å, ионный радиус Au¹⁺ 1,37 Å. Плотность (при 20°С) 19,32 г/см³, t_пл 1064,43 °С, t_кип 2947 °С; термический коэффициент линейного расширения 14,2·10^-6 (0-100 °С); удельная теплопроводность 311,48 вт/(м·K) [0,744 кал/(см·сек·°С)]; удельная теплоемкость 132,3 дж/(кг·К) [0,0316 кал/(г·°С)] (при 0°-100 °С); удельное электросопротивление 2,25·10^-8ом·м (2,25·10^-6 ом·см) (при 20 °С); температурный коэффициент электросопротивления 0,00396 (0-100 °С). Модуль упругости 79·10³ Мн/м² (79·10² кгс/мм²), для отожженного Золота предел прочности при растяжении 100-140 Мн/м² (10-14 кгс/мм²), относительное удлинение 30- 50% , сужение площади поперечного сечения 90%. После пластической деформации на холоду предел прочности повышается до 270-340 Мн/м² (27-34 кгс/мм²). Твердость по Бринеллю 180 Мн/м² (18 кгс/мм²) (для Золота отожженного около 400 °С).

Химические  свойства Золота. Конфигурация внешних электронов атома Золота 5d¹⁰6s¹. В соединениях Золото имеет валентности 1 и 3 (известны комплексные соединения, в которых Золото 2-валентно). С неметаллами (кроме галогенов) Золото не взаимодействует. С галогенами Золото образует галогениды, например 2Аu + ЗCl₂ = 2АuCl₃. В смеси соляной и азотной кислот Золото растворяется, образуя золотохлористоводородную кислоту Н[АuСl₄]. В растворах цианида натрия NaCN (или калия KCN) при одновременном доступе кислорода Золото превращается в цианозурат (I) натрия 2Na[Au(CN)₂]. Эта реакция, открытая в 1843 году П. Р. Багратионом, получила практическое применение только в конце 19 века (Цианирование). Для Золота характерна легкая восстановимость его из соединений до металла и способность к комплексообразованию. Существование оксида Золота (I) Аu₂О, сомнительно. Хлорид Золота (I) AuCl получается при нагревании хлорида Золота (III): АuCl₃ = AuCl + Cl₂.

Хлорид  Золота (III) АuCl₃ получается действием хлора на порошок или тонкие листочки Золото при 200 °С. Красные иглы АuCl₃ дают с водой коричнево-красный раствор комплексной кислоты: АuCl₃ + Н₂О = Н₂[АuОCl₃].

При осаждении раствора АuCl₃ едкой щелочью выпадает амфотерный желто-коричневый гидрооксид Золота (Ш) Аu(ОН)₃ с преобладанием кислотных свойств; поэтому его называется золотой кислотой, а его соли - ауратами (III). При нагревании гидрооксид Золота (III) превращается в оксид Золота Аu₂О₃, который выше 220° разлагается по реакции: 2Au₂O₃ = 4Au + 3O₂.

При восстановлении солей Золота хлоридом олова (II)

2АuCl₃ + 3SnCl₂ = 3SnCl₄ + 2Au образуется весьма стойкий пурпуровый коллоидный раствор Золота (кассиев пурпур); это используется в анализе для обнаружения Золота. Количественное определение Золота основано на его осаждении из водных растворов восстановителями (FeSO₄, H₂SO₃, H₂C₂O₄ и других) или на применении пробирного анализа.

Получение Золота и его аффинаж. Из россыпных месторождений Золото можно извлечь отмучиванием, основанным на большой разности плотностей Золота и пустой породы. Этот способ, применявшийся уже в глубокой древности, сопряжен с большими потерями. Он уступил место амальгамации (известной уже в 1 веке до н. э. и применявшейся в Америке начиная с 16 века) и цианированию, получившему широкое распространение в Америке, Африке и Австралии в 1890-х годах. В конце 19 - начале 20 века основным источником Золота стали коренные месторождения. Золотоносную породу сначала подвергают дроблению и обогащению. Из полученного концентрата извлекают Золото раствором цианида калия или натрия. Из раствора комплексного цианида осаждают Золото цинком; при этом выпадают и примеси. Для очистки (аффинажа) Золота электролизом (способ Э. Вольвилла, 1896 год) аноды, отлитые из нечистого Золото, подвешивают в ванне, содержащей солянокислый раствор АuCl₃, катодом служит лист чистого Золота. При прохождении тока примеси выпадают в осадок (анодный ил, шлам), а на катоде отлагается Золото чистотой не менее 99,99%.

Применение  Золота. Золото в условиях товарного производства выполняет функцию денег. В технике Золото применяют в виде сплавов с других металлами, что повышает прочность и твердость Золота и позволяет экономить его. Содержание Золота в сплавах, применяемых для изготовления ювелирных изделий, монет, медалей, полуфабрикатов зубопротезного производства и т. д., выражают пробой; обычно добавкой служит медь (так называемая лигатура). В сплаве с платиной Золото используется в производстве химически стойкой аппаратуры, в сплаве с платиной и серебром - в электротехнике. Соединения Золота используют в фотографии (тонирование).

Золото  в искусстве. Золото применяется с древнейших времен в ювелирном искусстве (украшения, культовая и дворцовая утварь и т. д.), а также для золочения. Благодаря своей мягкости, ковкости, способности тянуться Золото поддается особо тонкой обработке чеканкой, литьем, гравировкой. Золото используют для создания разнообразных декоративных эффектов (от глади желтой полированной поверхности с плавными переливами световых бликов до сложных фактурных сопоставлений с богатой светотеневой игрой), а также для выполнения тончайшей филиграни. Золото, часто окрашенное примесями других металлов в различные цвета, применяется в сочетании с драгоценными и поделочными камнями, жемчугом, эмалью, чернью.

Обработка конструкционных материалов резанием. Общие сведения

Обработка материалов резанием известна еще с древних времен, когда применяли кремневые режущие  орудия, удерживая их при работе рукой. Первым приспособлением для  сообщения движения обрабатываемой детали было гончарное колесо, которое  использовалось за  
3000 лет до н. э. Одним из примитивных приспособлений был и первобытный токарный станок, при работе на котором обрабатываемая деталь приводилась в движение при помощи лучковой системы, а кремневый резец с рукояткой передвигался в процессе резания рукой.

Русские мастера-ремесленники в XII в. применяли сверлильные и токарные станки с ручным приводом переменного вращательного движения детали или инструмента, а в XIV–XVI вв. приводы прерывистого движения были заменены более совершенными, обеспечивающими непрерывное вращательное движение от водяных колес. 

Для производства ружей и  пушек в XVI в. в России изготовляли сверлильные и токарные станки еще более сложных конструкций.  
В 1645 г. стрелец Иван Осипов построил в Москве, на Яузе, «ствольную мельницу», где водяные колеса приводили в движение сверлильные и токарные станки для обработки ружейных стволов. В Москве в 1709 г. в токарной мастерской Петра I А. К. Нартов (1680–1756), воспитанник Московской школы навигационных и математических наук, начал создавать «самодействующие» станки. До этого времени токарные станки во всем мире оставались весьма примитивными, не имели механической подачи резцов, требовали при работе на них большой физической силы и не обеспечивали точность обрабатываемых изделий. В 1712 г. в Петербурге А. К. Нартов изготовил станок с механическим суппортом, который перемещался вдоль обрабатываемой детали с помощью зубчатого колеса и рейки. В 1729 г. им же был создан токарно-копировальный станок, на котором для продольного движения суппорта был поставлен ходовой винт. Некоторые русские станки, в том числе и упомянутые оригинальные станки Нартова, изготовленные им в 1712 г., сохранились до наших дней и находятся в Эрмитаже (г. С.-Петербург), а также в Парижском и Венском музеях.

В 1712 г. мастер М. В. Сидоров  построил в Туле ружейный завод с  приводными водяными колесами к станкам  оригинальной конструкции. Мастер Яков Батищев в том же году создал агрегатные станки для одновременного сверления 24 ружейных стволов. В 1718 г. Петр I послал А. К. Нартова за границу для изучения некоторых вопросов техники.  
Во время поездки А. К. Нартов демонстрировал свое токарное искусство в Берлине и Париже. Петр I получил послания из Германии и Франции с выражением искренней похвалы мастерству А. К. Нартова, что указывает на высокое развитие токарного дела в России.

Гениальный русский ученый М. В. Ломоносов (1711–1765) в академической  мастерской разработал, построил и  применил оригинальные станки – шлифовальные, лоботокарные и др.

Выдающийся изобретатель паровой машины И. И. Ползунов  
(1728–1766) изготовил цилиндрорасточные и токарные станки. И. И. Кулибин (1735–1818), выдающийся механик, работая в академических мастерских, которыми он заведовал после Нартова и Ломоносова, изобрел, построил и применил точные специальные станки для изготовления инструмента.

В 1804 г. русский академик В. М. Севергин в своих работах  обосновал технологию как «науку о ремеслах и заводах» и сформулировал  основные условия, обеспечивающие развитие технологии.

В Отечественную войну 1812 г. тульскими и уральскими механиками было построено и использовано много  оригинальных специальных станков  для обработки ружейных деталей. В Москве, на заводе Бромлея, во второй половине XIX – начале XX в. конструктор В. Ф. Игнатов создал оригинальные станки – колесотокарные, осетокарные, карусельные, лоботокарные и др.

В Петербурге в 1876 г. была опубликована работа академика  А. В. Гадолина (1828–1892) «О переменах скоростей вращения шпинделей токарных и сверлильных станков», в которой впервые была установлена научно обоснованная кинематика станков, до сих пор применяемая во всех странах мира.

Научное исследование и обоснование  явлений, происходящих при резании  металлов, впервые сделал в 1868 г. русский  профессор  
И. А. Тиме (1838–1920). Результаты исследований, проведенных им на Луганском заводе и в С.-Петербургском горном институте, опубликованы в трудах «Сопротивление металлов и дерева резанию» (1870), «Мемуар о строгании металлов» (1877), «Основы машиностроения» (1883). Профессор И. А. Тиме не только создал, но в открытой дискуссии с французскими и немецкими учеными отстоял научные основы процесса резания металлов. Он открыл закономерности процесса образования стружки как последовательного скалывания отдельных элементов металла в определенной плоскости, классифицировал типы стружек, установил зависимость типа стружки от различных условий резания, объяснил явление усадки стружки, определил зависимость силы резания от элементов среза и разъяснил ряд других вопросов [1].

В современных условиях обработка  металлов резанием должна обеспечивать изготовление деталей из поковок, отливок, проката не только определенной формы  и размера, но и с надлежащими  свойствами, обеспечивающими долговечность  их эксплуатации. Эта задача решается посредством технологического упрочнения наиболее напряженных поверхностей деталей машин. Осуществление такого процесса связано с новыми методами и режимами, инструментами и приспособлениями, применяемыми либо в процессе механической обработки, либо после него.

Основными факторами, обусловливающими и обеспечивающими современный  рациональный процесс механической обработки металлов, являются: обрабатываемость, качество режущего инструмента, качество металлорежущего станка, условия  и режимы резания, организация и  оснащенность рабочего места и квалификация станочника.