Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Предмет,методы и объекты изучения дисциплины «Технология материалов»
Технология-наука,изучающая последовательность действий по превращению исходного сырья в готовую продукцию.
Виды технологии:
1Практическая—реализуется на практике и характеризуется продукцией
2Теоритическая-технология научных исследований,которая не всегда реализуется на практике.
2.Общая классификация и характеристика свойств материалов.
Классификация материалов:
1Металлические материалы
2Неметаллические материалы
3Композиционные материалы
Металлы-вещество облодающая специфическим блеском, ковкостью, тягучестью, хорошо проводящие тепло и электричество.
НЕМЕТАЛЛЫ-ВЕЩЕСТВА ХРУПКИЕ,ЛИШЕНЫ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО БЛЕСКА,ИМЕЮТ НИЗКУЮ ТЕПЛО И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ.
КОМПОЗИЦИОННЫЕ-МАТЕРИАЛЛЫ,СОСТОЯЩИЕ ИЗ ДВУХ РАЗНООДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛЛОВ.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ
2ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО БРИНЕЛЛЮ
3ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ
СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ
1ФИЗИЧЕСКИЕ
2ХИМИЧЕСКИЕ а)ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ б)ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
1ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА:жидкотекучесть;усадка;ликвация
2СПОСОБНОСТЬ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ
3СПОСОБНОСТЬМАТЕРИАЛЛА К ОБРАБОТКЕ ДАВЛЕНИЕМ
4СВАРИВАЕМОСТЬ
Эксплуатационные свойства
1-Износостойкость, 2-Коррозионная стойкость, 3-жаростойкость, 4-хладностойкость, 5-антифрикционность.
Механические свойства
1-Прочность, 2-Пластичность,3-Ударная вязкость,4-Твердость.
3 Особенности кристаллического строения металлов и сплавов
МЕТАЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ
СПЛАВ-вещество,полученное сплавлением двух и более элементов(компонентов)
МЕХАНИЧЕСКАЯ СМЕСЬ(ЭВТЕКТИКИ,ЭВТЕКТОИДЫ);ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ;ТВЕРДЫЙ РАСТВОР(КРИСТАЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА ТВЕРДЫ РАСТВОРОВ ЗАМЕЩЕНИЯ,ВНЕДРЕНИЯ)
СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
1-АУСТЕНИТ;2-ЦЕМЕНТИТ;3-ЛЕДЕБУРИТ;4-ФЕРРИТ;5-ПЕРЛИТ;6-ГРАФИТ
ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
СТАЛИ 0,02-2.14 (ДОЗЕТЕКТОЙДНЫЕ-0.02-0.8;ЭВТЕКТОЙДНЫЕ-0.8; ЗАЭВТЕКТОЙДНЫЕ-0.8-2.14)
ЧУГУНЫ2.14-6.67(ДОЗЕТАКТИЧЕСКИЕ(2.14-4.3;ЭВТЕКТИЧЕСКИЕ-4.3;ЗАЭВТАКТИЧЕСКИЕ-4.3-6.67)
4. Кристалические решетки металлов и их основные типы
1.Объемноцентрированая кубическая(ОЦК)-в котором атомы расположены в вершинах куба и в центре куба
2.Гранецентрированная кубическая(ГЦК)-атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани
3.Гексагональная с плотной с плотной упаковкой атомов(ГПУ)-атомы расположены в углах и центре шестигранной призмы
4.Гетрагональная решетка-основание-квадрат,а бокавые грани-прямоугольник
Параметры кристаллической решетки
1Координационное число Z;2период решетки,;3базис решетки;4коэффициент компактности
5.Дефекты кристаллических решетак.Их влияние на свойства металлов.
Дефекты кристаллических решетак:
1.Точечные дефекты (самые распостранённые)
Эти дефекты малы во всех трех измерениях и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров.
К точечным дефектам относят вакансии («дырки» – дефекты Шоттки), межузельные атомы (дефекты Френкеля), примесные атомы образующие твердые растворы внедрения и замещения.
Вакансии образуются в результате перехода атомов из узлов решетки на поверхность, или их полного испарения с поверхности кристалла
С повышением температуры концентрация вакансий возрастает.
Межузельные атомы – эти дефекты образуются в результате перехода атома из узла решетки в междоузлие (на месте атома образуется вакансия). В металлах возникают очень трудно, связано с большими затратами энергий на переход атома в междоузлие.
Атомы примесей присутствующие даже в самом чистом металле, как правило, образуют твердые растворы.
Дефекты Шоттки и Френкеля оказывают влияние на свойства металлов: электропроводность, магнитные свойства, предопределяют процесс диффузии в металлах.
2.Литейные дефекты (дислокации)
Эти несовершенства имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Дефект имеет протяженность несколько межатомных расстояний.
К линейным дефектам относятся дислокации, цепочки вакансий или цепочки межузельных атомов.
Различают дислокации следующих видов: краевые, винтовые.
Краевая дислокация – представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное в ней наличием в ней «лишней» атомной полуплоскости – экстроплоскости.
Винтовая дислокация образуется также при кристаллизации или сдвиге. Винтовую дислокацию можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой.
Дислокации влияют на прочностные пластические свойства металлов; а также и на их физические свойства – увеличивают электросопротивление, скорость диффузии и др
3.Поверхностные дефекты (крошицы зерен, фрагментов и зерен)
Эти дефекты малы только в одном измерении. К ним относятся границы зерен, границы блоков, дефекты упаковки, двойниковые границы.
Металлы, используемые в технике, состоят из большого числа кристаллов неправильной формы, называемых зернами или кристаллитами. По границам между зернами металла нарушается правильность строения кристаллической решетки. Обычно зерна повернуты произвольно.
4.Объемные дефекты (поры, микротрещины и др.)
К объемным (трехмерным) дефектам относят такие, которые имеют размеры в трех измерениях: неметаллические включения, царапины, макроскопические трещины, поры и т. д.
6.Кристаллизация металлов….
Кристаллизация – это процесс образования участков кристаллической решетки в жидкой фазе и рост кристаллов из образовавшихся центров.
Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.
Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время – температура. Кривая охлаждения чистого металла представлена на рис. 3.2.
Рис.3.2. Кривая охлаждения чистого металла
Процесс кристаллизации чистого металла:
До точки 1 охлаждается металл в жидком состоянии, процесс сопровождается плавным понижением температуры. На участке 1 – 2 идет процесс кристаллизации, сопровождающийся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Оно компенсирует рассеивание теплоты в пространство, и поэтому температура остается постоянной. После окончания кристаллизации в точке 2 температура снова начинает снижаться, металл охлаждается в твердом состоянии
7.Понятие металлических сплавов.
Сплав –вещество, полученное сплавлением двух и более элементов, которые называются компонентами.
Компоненты в твердом сплаве могут образовывать:
*химическую смесь;
*твердые раствор;
*химическое соединение.
Механические смеси(эвтетики,эвтектоиды)-микроскопические малые, тесно перемешенные и не связанные между собой компоненты сплавов.
Эвтектики-образуются из жидкого сплава.
Эвтектоиды- образуются при распаде твердых растворов.
Химическое соединение- компоненты сплавов вступают в химическое взаимодействие, при этом образуется новая кристаллическая решетка сплавляемых компонентов.
Твердый раствор-вещество, состоящее из 2-х или более компонентов, один из которых сохраняет свою кристаллическую решетку, является растворителем, а другой(другие) распределяется на кристаллической решетке растворителя не изменяя ее типа.
Два вида твердых тел:
*замещение(атомы растворимого компонента замещают атомы растворителя),
*внедрение(атомы растворимого компонента размещаются между атомами растворителя)
8.Цветные металлы и сплавы на их основе.Маркировка.
Традиционно сложилось деление всех металлов на черные и цветные. Это деление является условным. Обычно к черным металлам относят прежде всего железо, а также кобальт, никель и близкий к ним по свойствам марганец. Однако, например А.П.Гуляев, к черным металлам предлагает относить не только эти металлы, но также и тугоплавкие металлы, металлы группы урана - актиниды, редкоземельные металлы, или лантаноиды, щелочноземельные металлы. Такое мнение не является бесспорным.
К цветным металлам традиционно относили все металлы, кроме железа и элементов его группы. Обычно признаком цветного металла являлся его специфический цвет, отличный от темно-серого, например, белый (алюминий, серебро), желтый (золото), красный (медь) и т.д.
Цветные металлы, такие, как медь, серебро, золото, а также олово, свинец начали применять раньше, чем железо и его сплавы, начало их применения относится к “бронзовому веку”.
Существует несколько признаков классификации.
По их характерным свойствам цветные металлы можно разделить на следующие группы:
- легкие металлы (плотность менее 3 г/куб.см): бериллий, магний, алюминий;
- легкоплавкие металлы : цинк, кадмий, олово, сурьма, свинец, ртуть, висмут, теллур, имеющие низкую температуру плавления;
- тугоплавкие металлы: титан, хром, цирконий, ниобий. молибден, вольфрам, ванадий, тантал и др., температура плавления которых выше, чем у железа;
- благородные металлы - серебро, золото, платина и металлы группы платины, которые обладают высокой коррозионной стойкостью; к ним иногда относят и “полублагородную” медь;
- урановые металлы (U, Th, Ra, и др.), обладающие радиоактивностью и используемые в ядерной энергетике;
- редкоземельные металлы: лантаноиды (La, Ce, Pr, Sm и др.), а также иттрий и скандий, используемые преимущественно как присадки в сплавы;
- щелочноземельные металлы и т.д.
По назначению цветные металлы и сплавы можно разделить на 2 группы:
1. Конструкционные материалы, используемые для изготовления различных деталей, узлов машин и конструкций. К ним относится большинство сплавов на основе меди, алюминия, магния, титана и т.д.: а)материалы с особыми технологическими свойствами (сплавы на основе меди - латуни и бронзы), б)материалы с малой плотностью (сплавы на основе алюминия и магния), в)материалы с высокой удельной прочностью (титан, бериллий и сплавы на их основе), г)антифрикционные материалы - подшипниковые сплавы (баббиты и др.), д)материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды - коррозионностойкие (серебро, золото, платина и др.), жаростойкие, жаропрочные, хладостойкие, радиационно-стойкие материалы и др.
2. Металлы и сплавы с особыми физическими свойствами: а) материалы с особыми электрическими свойствами - с высокой электропроводностью, с высоким электрическим сопротивлением для нагревательных элементов и реостатов, припои, полупроводниковые материалы; б) материалы с особыми магнитными свойствами; в) материалы с особыми тепловыми свойствами.
В маркировке цветных металлов и сплавов на их основе нет единой системы. Во всех случаях принята буквенно-цифровая система. Буквы указывают на принадлежность сплавов к определенной группе, а цифры в разных группах материалов имеют разное значение. В одном случае они указывают на степень чистоты металла (для чистых металлов), в другом – на количество легирующих элементов, а в третьем обозначают номер сплава, которому по гос. стандарту должны соответствовать определенный состав или свойства
9.Сплавы на основе титана.Их свойства и маркировка.
Титан серебристо-белый легкий металл с плотностью 4,5 г/см3. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680oС.
Чистый иодидный титан, в котором сумма примесей составляют 0,05…0,1 %, имеет модуль упругости 112 000 МПа, предел прочности около 300 МПа, относительное удлинение 65%. Наличие примесей сильно влияет на свойства. Для технического титана ВТ1, с суммарным содержанием примесей 0,8 %, предел прочности составляет 650 МПа, а относительное удлинение – 20 %.
При температуре 882oС титан претерпевает полиморфное превращение, –титан с гексагональной решеткой переходит в – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.
Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах ( не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500oС становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.
Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:
*сочетание высокой прочности ( МПа) с хорошей пластичностью ();
*малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;
*хорошая жаропрочность, до 600…700oС;
*высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.
Титан и сплавы на его основе маркируются в соответствии с ГОСТ 19807-74 по буквенно-цифровой системе. Однако какой-либо закономерности в маркировке не имеется. Единственной особенностью является наличие во всех марках буквы Т, которая свидетельствует о принадлежности к титану. Числа в марке означают условный номер сплава.
Технический титан маркируется: ВТ1-00; ВТ1-0. Все остальные марки относятся к сплавам на основе титана (ВТ16, АТ4, ОТ4, ПТ21 и др).
Главным достоинством титана и его сплавов является хорошее сочетание свойств: относительно низкой плотности, высокой механической прочности и очень высокой коррозионной стойкости (во многих агрессивных средах). Основной недостаток – высокая стоимость и дефицитность. Эти недостатки сдерживают применение их в пищевой и холодильной технике.
Сплавы титана применяются в ракетной, авиационной технике, химическом машиностроении, в судостроении и транспортном машиностроении. Они могут использоваться при повышенных температурах до 500-550 градусов.
Изделия из сплавов титана изготавливают обработкой давлением, но могут быть изготовлены и литьем. Состав литейных сплавов обычно соответствует составу деформируемых сплавов. В конце марки литейного сплава стоит буква Л
10.Сплавы на основе алюминия.Их свойства и маркировка.
Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 660oС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al2O3, предохраняет его от коррозии.
Механические свойства: предел прочности 150 МПа, относительное удлинение 50 %, модуль упругости 7000 МПа.
Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).
Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов.
Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.
Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение); Н – нагартованный; П – полунагартованный
По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:
*деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:
*деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;
*литейные сплавы.
Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые сплавы (САС) испеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).
11.Сплавы на основе меди.Их свойства и мвркировка.
Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку. Плотность меди 8,94 г/см3, температура плавления 1083oС.
Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Технически чистая медь маркируется: М00 (99,99 % Cu), М0 (99,95 % Cu), М2, М3 и М4 (99 % Cu).
Механические свойства меди относительно низкие: предел прочности составляет 150…200 МПа, относительное удлинение – 15…25 %. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди.
Различают две группы медных сплавов:
латуни – сплавы меди с цинком,
бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами.
Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.
Латуни имеют хорошую коррозионную стойкость, которую можно повысить дополнительно присадкой олова. Латунь ЛО70-1 стойка против коррозии в морской воде и называется “морской латунью“.
Добавка никеля и железа повышает механическую прочность до 550 МПа.
Литейные латуни также маркируются буквой Л, После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинк) и каждого последующего ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит 23 % цинка, 6 % алюминия, 3 % железа, 2 % марганца.. Наилучшей жидкотекучестью обладает латунь марки ЛЦ16К4. К литейным латуням относятся латуни типа ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМц. Литейные латуни не склонны к ликвации, имеют сосредоточенную усадку, отливки получаются с высокой плотностью.
Латуни являются хорошим материалом для конструкций, работающих при отрицательных температурах.
Бронзы
Сплавы меди с другими элементами кроме цинка назаваются бронзами.
Бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.
При маркировке деформируемых бронз на первом месте ставятся буквы Бр, затем буквы, указывающие, какие элементы, кроме меди, входят в состав сплава. После букв идут цифры, показавающие содержание компонентов в сплаве. Например, марка БрОФ10-1 означает, что в бронзу входит 10 % олова, 1 % фосфора, остальное – медь.
Маркировка литейных бронз также начинается с букв Бр, затем указываются буквенные обозначения легирующих элементов и ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, бронза БрО3Ц12С5 содержит 3 % олова, 12 % цинка, 5 % свинца, остальное – медь.
12.Правило отрезков для диограмм состояния.
В процессе кристаллизации изменяются и концентрация фаз (поэтому состав жидкости изменяется), и количество каждой фазы (при кристаллизации количество твердой фазы увеличивается, а жидкой уменьшается). В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обей фаз и их концентрацию. Для этого служит так называемое правило рычага, или правило отрезков.
Положение правила отрезков формулируется следующим образом.
Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.
13.Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом.
Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом
Железо и углерод являются полиморфными элементами.
Железо имеет температуру плавления 1539оС, и имеет две полиморфные модификации. a -Fe, существующий при температурах до 911оС и от 1392 до 1539оС, имеет ОЦК решетку. Оно ферромагнитно до температуры 768оС (точка Кюри). g -Fe, существующий в интервале температур 911 - 1392оС, имеет ГЦК решетку и парамагнитно.
Углерод существует в двух модификациях: графит и алмаз. Алмаз в системе железо-углерод не встречается. Графит имеет слоистую ГП решетку. Между атомами углерода каждого слоя действую сильные ковалентные связи, которые осуществляются спариванием трех валентных электронов. Четвертые валентные электроны углерода переходят в коллективные, образуя металлическую связь. Поэтому графит имеет металлические свойства, как блеск и электропроводность. Между слоями действуют слабые поляризационные связи.
В равновесной системе Fe-C (Fe-Fe3C) имеются пять фаз: жидкая фаза и четыре твердые фазы.
Феррит – твердый раствор внедрения углерода в a -Fe. Поскольку a -Fe существует в двух температурных интервалах, феррит, существующий при температурах до 911оС, называется a -феррит, а феррит существующий при температурах от 1392 до 1539оС - d -феррит. Растворимость углерода в феррите мала: в a -феррите растворяется 0,006% С при комнатной температуре и предельная растворимость 0,025% - при температуре 727оС; в d -феррите растворяется до 0,01 % углерода. Феррит мягкая, пластичная фаза со следующими свойствами: sВ=300 МПа, d=40%, y=70%, KCU=2,5 МДж/м2, НВ 800-1000.
Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в g -Fe. Растворимость углерода в аустените больше: предельная растворимость 2,14% при температуре 1147оС, уменьшается до 0,8% при температуре 727 оС. Аустенит - высокотемпературная фаза.
Цементит – карбид железа Fe3C, химическое соединение практически постоянного состава. Содержит 6,67% вес (31% ат.) углерода, имеет сложную орторомбическую решетку, в элементарной ячейке которой 12 атомов железа и 4 атома углерода. Цементит тверд (НВ 8000) и хрупок.
Графит – углерод, выделяющийся в свободном состоянии. Фаза химически стойкая, но малопрочная.
Перлит имеет характерное пластинчатое строение и состоит из отдельных зерен - колоний (рисунок 2.12). Количественное соотношение феррита и цементита в перлите постоянно, не зависит от состава стали и составляет PK/PS=7,3:1.
Фазы углеродистой стали отличаются механическими свойствами: феррит мягок и пластичен, цементит тверд и хрупок. Ясно, что механические свойства стали зависят от свойств фаз, однако существенное влияние оказывает и микроструктура.
14.Диограмма состояния железо-цементит.Кривые охлаждения сплава железа и углерода.
Диаграмма состояния железо - цементит. В диаграмме состояния железо – цементит (Fe-Fe3C) рассматриваются процессы кристаллизации железоуглеродистых сплавов (стали и чугуна) и превращения в их структурах при медленном охлаждении от жидкого расплава до комнатной температуры. Диаграмма (рис.18) показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67% С). Сплавы с содержанием углерода до 2,14% называют сталью, а от 2,14 до 6,67% - чугуном.
Диаграмма состояния Fe-Fe3C представлена в упрощенном виде. Первичная кристаллизация, т. е. затвердевание жидкого сплава начинается при температурах, соответствующих линии ликвидуса ACD. Точка А на этой диаграмме соответствует температуре 1539° плавления (затвердевания) железа, точка D – температуре ~1600°С плавления (затвердевания) цементита. Линия солидуса AECF соответствует температурам конца затвердевания. При температурах, соответствующих линии АС, из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а линии CD - цементит, называемый первичным цементитом. В точке С при 1147°С и содержании углерода 4,3% из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустенит и цементит (первичный), образуя эвтектику - ледебурит. При температурах, соответствующих линии солидуса АЕ, сплавы с содержанием углерода до 2,14% окончательно затвердевают с образованием аустенита. На линии солидуса ECF сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67% окончательно затвердевают с образованием эвтектики (ледебурита) и структур, образовавшихся ранее из жидкого сплава, а именно: в интервале 2,14-4,3% С - аустенита, а в интервале 4,3-6,67% С - цементита первичного (см. рис. 18).
В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содержанием углерода до 2,14%, т. е. в сталях, образуется однофазная структура - аустенит. В сплавах с содержанием углерода более 2,14%, т. е. в чугунах, при первич ной кристаллизации образуется эвтектика ледебурита.
Рис. 18. Диаграмма состояния железо-цементит (в упрощенном виде):
А – аустенит, П – перлит, Л – ледебурит, Ф – феррит, Ц - цементит
Вторичная кристаллизация (превращение в твердом состоянии) происходит при температурах, соответствующих линиям GSE, PSK и GPQ. Превращения в твердом состоянии происходят вследствие перехода железа из одной аллотропической модификации в другую (γ в α) и в связи с изменением растворимости углерода в аустените и феррите. С понижением температуры растворимость уменьшается. Избыток углерода выделяется из твердых растворов в виде цементита.
В области диаграммы AGSE находится аустенит. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением феррита при температурах, соответствующих линий GS, и цементита, называемого вторичным, при температурах, соответствующих линии SE. Вторичным называют цементит, выделяющийся из твердого раствора аустенита, в отличие от первичного цементита, выделяющегося из жидкого расплава. В области диаграммы GSP находится смесь феррита и распадающегося аустенита. Ниже линии GP существует только феррит. При дальнейшем охлаждении до температур, соответствующих линии PQ, из феррита выделяется цементит (третичный). Линия PQ показывает, что с понижением температуры растворимость углерода в феррите уменьшается от 0,02% при 727°С до 0,005% при комнатной температуре.
В точке S при содержании 0,8% углерода и температуре 727°С весь аустенит распадается и превращается в механическую смесь феррита и цементита - перлит. Сталь, содержащую 0,8% углерода, называют эвтектоидной (рис. 19,6). Стали, содержащие от 0,02 до 0,8% углерода, называют доэвтектоидными (рис. 19, а ) , а от 0,8 до 2,14% углерода - заэвтектоидными (рис. 19, в).
При температурах, соответствующих линии PSK, происходит распад аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перлита, представляющего собой механическую смесь феррита и цементита. Линию PSK называют линией перлитного превращения.
При температурах, соответствующих линии SE, аустенит насыщен углеродом, и при понижении температуры из него выделяется избыточный углерод в виде цементита (вторичного).
Вертикаль DFKL означает, что цементит имеет неизменный химический состав. Меняется лишь форма и размер его кристаллов, что существенно отражается на свойствах сплавов. Самые крупные кристаллы цементита образуются, когда он выделяется при первичной кристаллизации из жидкости.
Белый чугун, содержащий 4,3% углерода, называют эвтектическим (рис. 20). Белые чугуны, содержащие от 2,14 до 4,3% углерода, называют доэвтектическими, а от 4,3 до 6,67% углерода - заэвтектическими.
По достижении температуры 727°С (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до эвтектоидного состава (0,8% углерода), превращается в перлит. После окончательного охлаждения доэвтектические белые чугуны состоят из перлита, ледебурита (перлит+цементит) и цементита (вторичного). Чем больше в структуре такого чугуна углерода, тем меньше в нем перлита и больше ледебурита.
Белый эвтектический чугун (4,3% углерода) при температурах ниже 727°С состоит только из ледебурита. Белый заэвтектический чугун, содержащий более 4,3% углерода, после окончательного охлаждения состоит из цементита (первичного) и ледебурита. Следует отметить, что при охлаждении ледебурита ниже линии PSK входящий в него аустенит превращается в перлит, т. е. ледебурит при комнатной температуре представляет собой уже смесь цементита и перлита. При этом цементит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита является причиной его большой твердости (НВ>600) и хрупкости.
Диаграмма состояния железо-цементит имеет большое практическое значение. Ее применяют для определения тепловых режимов термической обработки и горячей обработки давлением (ковка, горячая штамповка, прокатка) железоуглеродистых сплавов. Ее используют также в литейном производстве для определения температуры плавления, чтo необходимо для назначения режима заливки жидкого железоуглеродистого сплава в литейные формы.
15. Диаграмма состояния железо-цементит. Кривые охлаждения сплавов железа с углеродом.
Железо-это металл сероватого цвета. Температура плавления-15390 С, плотность-7,68гр/см3,имеет две модификации : альфа-железа(ОЦК) и гамма-железа(ГЦК). До температуры 7680С железа магнитна и называют точкой Кюри.
Цементит-хим.соединение Fe3C,до 6,67 % углерода, твердость – 700 НВ
Диаграмма состояния представляет собой граф.изображение фазового состояния сплавов, взависимости от температуры и концентрации компонентов в сплавах.
Для построения диаграмм используют кривые охлаждения чистых компонентов, образующих систему и их сплавах различного состава.
Для диаграммы состояния позволяют проследить за превращениями, протекающими при нагреве и охлаждении, определить температуру начала и конца плавления сплавов, выбрать виды термической обработки.
16. Термическая обработка сталей. Виды термической обработки
Термическая обработка сталей позволяет значительно изменить многие свойства металлов и особенно механические.
Основные факторы термической обработки стали является температура и время. К основным видам термической обработки сталей относится: отжиг 1 и 2 рода,закалка,отпуск.
17. Химико- термическая обработка сталей
- это технологический процесс, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя деталей различными элементами с целью изменения состава, структуры и свойств их поверхностного слоя.
Различают:
- цементацию
- азотирование
- нитроцементацию
- диффузионная металлизация
18.Композицио́нныйматериа́л. Классификация КМ.
18.Композицио́нныйматериа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.
Классификация композитов
Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя:[1]
19.КМ. Способы получения КМ.
Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит(слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.
Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит(слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.
20. Порошковая металлургия .Свойства и области применения порошковых материалов.
Порошковая металлургия — технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них (или их композиций с неметаллическими порошками). В общем виде технологический процесс порошковой металлургии состоит из четырёх основных этапов: (1) производство порошков, (2) смешивание порошков, (3) уплотнение (прессование, брикетирование), (4) спекание. Применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить каким-либо другим методом. Порошковая металлургия должна рассматриваться в качестве возможного метода производства любой детали, при подходящей геометрии и большом объеме производства….
Свойства и области применения порошковых материалов.
Антифрикционные пористые материалы изготавливают на основе порошков железа или меди с пропиткой жидкой смазкой (маслом) или с добавками твёрдой смазки (графит, свинец, дисульфид молибдена, сернистый цинк). Данные материалы обладают высокими триботехническими свойствами, хорошей прирабатываемостью, высокой теплопроводностью, достаточной вязкостью при ударной нагрузке, обеспечивают низкий коэффициент трения.
К фрикционным относят материалы с высоким коэффициентом трения. Они обладают высокой фрикционной теплостойкостью и коррозионной стойкостью. Их изготавливают на основе меди или железа с металлическими и неметаллическими компонентами для деталей, работающих в масле (75%) и при сухом трении. Фрикционные изделия состоят из стальной основы и фрикционных накладок, которые припекаются к основе под давлением.
Электротехнические материалы подразделяются на электроконтактные (металлические, металлографитовые, металлооксидные и металлокарбидные), магнитомягкие (железоникелевые сплавы, сплавы железа с кремнием и алюминием или хромом и алюминием), магнитотвёрдые (сплавы на основе Fe–Al–Ni(Co), называемые альни, альнико, магнико), магнитодиэлектрики (карбонильное железо, пермаллой, альсифер), ферриты (Fe3О4 с добавками NiO, MgO, MnO, ZnO).
Аморфные материалы, получаемые быстрым (со скоростью 105 …106 0С/с) охлаждением расплава (Fe40N40P10B8O), являются новым классом магнитных материалов, из которых изготавливают магнитные экраны, трансформаторы и электродные приборы.
Спечённые конструкционные материалы изготавливаются на основе конструкционной стали (углеродистой, меднистой, кремнистой, молибденовой, хромомолибденовой), титановых и алюминиевых сплавов.
Повышение твёрдости обрабатываемых заготовок потребовало расширения диапазона используемых режущих материалов от твёрдых сплавов, минералокерамических материалов до искусственных алмазов и других сверхтвёрдых материалов, получаемых методами порошковой металлургии.
Твёрдые сплавы используют в режущих и контрольно-измерительных инструментах, рабочих вставках фильер при волочении, матрицах и пуансонах при штамповке и прессовании. В машиностроении и приборостроении широко применяют армированные твёрдыми сплавами детали. Например, в текстильной промышленности применяют твёрдые сплавы для направляющих колец и других трущихся деталей; в порошковой металлургии твёрдые сплавы используют для размольных тел и прессового инструмента.
Минералокерамику применяют для получистовой и чистовой обработки резанием чугунов, закалённых и улучшенных сталей, цветных и тугоплавких сплавов при высоких (до 800 м/мин) скоростях резания. Основу минералокерамики составляет - модификация Al2O3(электрокорунд) зернистостью до 1 мкм. Плотность кермета (керамики с металлической связкой) составляет 3,96 г/см3 , твёрдость – HRA до 92 единиц. Оксидокарбидная керамика имеет плотность 4,2 … 4,6 г/см3 и твёрдость – HRA 92 … 94 единицы.
Эрозионно-стойкие и потеющие материалы обладают комплексом свойств, которые невозможно получить в сплавах. Они изготавливаются на основе тугоплавких металлов или углерода в виде композиций.
Например, путём пропитки вольфрамового или углеродного каркасов жидкой медью или серебром. Детали из такого материала работают в двигателях при температуре свыше 2500 0С. Во время работы медь (серебро) испаряется, что понижает тепловой поток и улучшает условия работы вольфрамового или углеродного каркасов.
21. Неметалические материалы. Полимеры.
Полимерами называются соединения, молекулы которых состоят из большого количества атомных группировок, соединенных между собой химическими связями. Основными источниками сырья для производства синтетических полимеров являются нефть, природные газы и уголь. На основе полимеров получают пластмассы, лакокрасочные покрытия, клеи, волокна, пленки и другие материалы.
К числу наиболее распространенных полимеров, используемых в качестве конструкционных материалов, а также для производства лаков, красок, эмалей, пленок и волокон относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, фторопласт, полиметилметакрилат, а также фенолоформальдегидные, полиэфирные и эпоксидные смолы.
Полиэтилен представляет собой продукт полимеризации этилена.Применяют полиэтилен для изоляции электрических проводов и кабелей, получения пленок, труб, шлангов, различных емкостей, а также некоторых деталей машин.
Полипропилен получают полимеризацией пропилена.Применяют полипропилен для изготовления деталей, работающих в контакте с агрессивными жидкостями, а также для получения волокон, пленок, труб и др.
Полистирол получают полимеризацией стирола. Применяют полистирол главным образом для изготовления деталей радиоаппаратуры, изделий бытового назначения, а также различных сосудов, трубопроводов, тары в пищевой промышленности и др. В строительстве используют полистирольные пенопласты и поропласты, облицовочные плитки.
Поливинилхлорид — это продукт полимеризации винилхлорида.Применяют поливинилхлорид в кабельной промышленности, для изготовления пленок, искусственной кожи, линолеума, клеев, лаков и волокон.
Фторопласты являются продуктами полимеризации фторопроизводных этилена.Наиболее широко используют фторопласт-4 (тефлон, флюон), который является самым стойким из всех машиностроительных материалов к воздействию большинства агрессивных сред, климатических факторов и микроорганизмов.
Фенолоформальдегидные смолы получают поликонденсацией фенола с формальдегидом.Применяют фенолформальдегидные смолы для изготовления лаков и клеев, на их основе получают многие композиционные материалы — текстолиты, волокниты, гетинаксы и др.
Из полиэфирных смол наибольшее распространение получили глифталевые смолы. На их основе получают различные эмали и краски.
Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам, стеклу, керамике и другим материалам.Применяют эпоксидные смолы для получения различных композиционных материалов, клеев, лаков и эмалей.
22. Пластмассы. Состав и классификация.
Пластическими массами или пластмассами называются получаемые на основе высокомолекулярных органических соединений материалы, которые способны принимать в определенных условиях (повышенная температура, давление) любую заданную форму и сохранять ее в дальнейшем.
Состав пластмасс очень сложен, но чаще всего это композиции различных веществ, взятых в определенном соотношении. Основу пластмассы составляет высокомолекулярное связующее (полимер). От связующего вещества зависят тип пластмассы, ее свойства и способ переработки в изделия. Для некоторых пластмасс (полиэтилен, полипропилен и др.) количество связующего достигает более 95%.
Пластмассы подразделяют на группы в зависимости от их отношения к нагреванию, способа получения связующего, структуры и характера наполнителя и др.
По отношению к нагреванию пластмассы делят на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).
Термопласты при нагревании становятся пластичными, а при охлаждении снова затвердевают. Размягчение и отверждение пластмасс можно проводить многократно, при этом их свойства и химический состав не изменяются. Молекулы термопластов обычно имеют линейную структуру. В группу термопластов входят: полиэтилен, полипропилен, полиамиды, полиметилметакрилат и др. Реактопласты при нагревании вначале размягчаются, а затем переходят в твердое неплавкое состояние вследствие химической реакции сшивания линейных молекул полимеров (образуется сетчатое строение молекул) и снова формоваться уже не могут. К реактопластам относят фенолформальдегидные смолы, аминопласты, эпоксидные смолы, полиуретаны. По способу производства связующего пластмассы подразделяются на пластмассы, получаемые методом цепной полимеризации (сополимеризации) и поликонденсации.
Различают следующие группы пластмасс: ненаполненные (на основе чистых смол без наполнителей), композиционные (содержат различные наполнители) и газонаполненные пластмассы. Композиционные пластмассы кроме связующего содер жат наполнитель и другие добавки. В зависимости от вида наполнителя их выпускают в виде пресс-порош ков, волокнистых, слоистых и газонаполненных пластмасс. Пресс-порошки представляют собой смесь измельченной смолы с различными наполнителямиВ зависимости от вида волокнистого наполнителя пластмассы имеют разные названия: во-локнит (наполнитель из органического или химического волокна), стекловолокнит (из стеклянного волокна), ас-боволокнит (из волокна асбеста), текстоволокнит (из текстильных обрезков).
Слоистые пластики вырабатывают пропиткой термореактивной смолой древесного шпона, бумаги, ткани и стеклоткани с последующим прессованием при повышенной температуре.
Газонаполненные пластмассы получают введением по-рообразователей в связующее с последующим действием высокой температуры. Их называют пенопластами или поропластами. Пенопласты имеют малую объемную массу и могут быть с открытыми и закрытыми порами. Пенопласты вырабатывают на основе различных смол: феноло-альдегидных, полистирола, полиуретана и др. Вид смолы, степень и характер пор определяют свойства газонаполненных пластмасс.
23. Резиновые материалы
В производстве резиновых технических деталей основным видом сырья являются натуральные и синтетические каучуки. Натуральные каучуки не нашли широкого применения, так как сырьем для их получения является каучукосодержащий сок отдельных сортов растений. Сырьем для получения синтетических каучуков являются нефть, нефтепродукты, природный газ, древесина. Каучук в чистом виде в промышленности не применяют. Каучук превращают в резину вулканизацией. В качестве вулканизирующего вещества обычно используют серу. Количество серы определяет эластичность резиновых деталей. Например, мягкие резины содержат 1... 3 % серы, твердые (эбонит) до 30 % серы. Процесс вулканизации происходит под температурным воздействием (горячая вулканизация) или без температурного воздействия (холодная вулканизация). Для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств резиновых технических деталей и снижения расхода каучука в состав резиновых смесей вводят различные компоненты.
Высокая эластичность, способность к большим обратимым деформациям, стойкость к действию активных химических веществ, малые водо- и газопроводность, хорошие диэлектрические и другие свойства резины обусловили ее применение во всех отраслях народного хозяйства. В машиностроении применяют разнообразные резиновые технические детали:- ремни -для передачи вращательного движения с одного вала на другой; шланги и напорные рукава - для передачи жидкостей и газов под давлением; сальники, манжеты, прокладочные кольца и уплотнители - для уплотнения подвижных и неподвижных соединений; муфты, амортизаторы - для гашения динамических нагрузок; транспортерные ленты - для оснащения погру-зочно-разгрузочных устройств и т.д.
24.Чугуны
Чугуном называют сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащими более 2,14 % С.
Чугуны различают:
а) по форме включения графита
- серый чугун с пластинчатым графитом (СЧ);
- чугун с вермикулярным (червеобразным) графитом (ЧВГ);
- высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧ);
- ковкий чугун с хлопьевидным графитом (КЧ);
6) по химическому составу:
- нелегированные чугуны (общего назначения) и
- легированные чугуны (специального назначения).
Структура и свойства чугуна
Микроструктура чугуна состоит из металлической основы (матрицы) и графитных включений. Свойства чугуна определяются свойствами металлической основы и характера включений графита.
Чугуны содержат следующие структурные составляющие (рис. 31):
графит (Г);
перлит (П);
феррит (Ф);
ледебурит (Л);
- фосфидную эвтектику
По микроструктуре различают:
белый чугун I (Ц+Г);
серый перлитный чугун II (П+Г);
серый ферритный чугун III (Ф+Г);
половинчатый чугун II а (П+Ц+Г);
высокопрочный чугун IV (П+шаровидный графит) (см. рис. 31).
25.Классификация чугуна осуществляется по следующим признакам:
по состоянию углерода — свободный или связанный;
по форме включений графита — пластинчатый, вермикулярный, шаровидный, хлопьевидный (рис. 30);
по типу структуры металлической основы (матрицы) — ферритный, перлитный; имеются также чугуны со смешанной структурой: например феррито-перлитные;
по химическому составу — нелегированные чугуны (общего назначения) и легированные чугуны (специального назначения).
В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают:
белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe3C;
- половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8 %) находится в виде цементита;
серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита;
отбеленный чугун, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого;
высокопрочный чугун, в котором графит имеет шаровидную форму;
ковкий чугун, получающийся из белого путем отжига, при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита.
Маркировка
Чугуны подразделяют на:
серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;
высокопрочные - шаровидный графит;
ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10.
Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).
СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун:
С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.
Области применения
Отливки из ковкого чугуна широко используются во многих отраслях промышленности для широкого спектра номенклатуры деталей ответственного назначения: автомобилестроение, тракторное и сельскохозяйственной машиностроение, вагоностроение, судостроение, электропромышленность, станкостроение, санитарно-техническое и строительное оборудование, тяжелое машиностроение и пр. При этом масса отливок может быть от нескольких граммов до 250 кг, минимальная толщина стенок отливки 3 мм, максимальная для обезуглероженного чугуна 25 мм, для графитизированного 60 мм, а в отдельных случаях до 100 мм.
26.Подготовка сырьевых материалов(производство чугуна)
Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы в виде специально подготовленной смеси (шихты). При доменной плавке могут использоваться также отходы производства, содержащие Fe, Mn, CaO, MgO. К ним относят колошниковую пыль, окалину, сварочный и мартеновский шлаки.
Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного угля. Его роль состоит в обеспечении процесса теплом и восстановительной энергией. Кроме того кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облегчает прохождение газового потока в шихте доменной печи.
Железные руды вносят в доменную печь химически связанное с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглераживаясь в печи, железо переходит в чугун. С марганцевой рудой в доменную печь вносится марганец для получения чугуна требуемого состава.
Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и придания шлаку требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств. Для руд с кремнеземистой (кислой) пустой породой в качестве флюса используют материалы, содержащие оксиды кальция и магния: известняк и доломитизированный известняк.
Для получения высоких технико-экономических показателей доменной плавки сырье и материалы предварительно подвергают специальной подготовке.
27. Доменное производство чугуна.
Производство чугуна – процесс, требующий наличия специального оборудования и соблюдения технологии. Итак, выплавка чугуна происходит в доменной печи. Сырьем для производства являются железные руды. Состав железной руды следующий: рудное вещество и пустая порода. Существует несколько видов железной руды для производства чугуна.
Красный железняк. Содержание железа в данном виде руды составляет 45-65%.
Бурый железняк . Процент железа составляет варьируется от 25-50
Магнитный железняк. Процент его содержания в руде - 40-70. Данный вид железняка обладает ярко выраженными магнитными свойствами.
Шпатовый железняк. Содержание железа составляет 30-37%.
Марганцевые руды. Марганцевые руды в процессе выплавки используются для повышения количества марганца и добавляются в шихту.
На первом этапе выплавки чугуна, в доменную печь помещают кокс, агломерат и снова кокс. Эти составляющие располагаются в печи слоями. Что такое агломерат? Агломерат – это железная руда, спеченная с флюсом. Для поддержания нужной температуры, в горн вдувается кислород или подогретый воздух. При сгорании кокс образует CO2. Далее CO2 превращается в CO. Именно CO является восстанавливающим средством для руды. При этом железо становится твердым. При опускании в распар (горячую часть печи) железо растворяет в себе углерод. На этом этапе происходит образование чугуна. Здесь чугун начинает плавиться и постепенно стекать в нижнюю часть печи. Благодаря тому, что на поверхности чугуна скапливаются жидкие шлаки, окисление не происходит. Выпуск чугуна осуществляется через специальные отверстия. В период выплавки эти отверстия закрыты глиняным раствором. Процесс выплавки чугуна в доменной печи является непрерывным.
28. Внедоменное производство железа.
Процессы получения железа и стали непосредственно из рудных материалов, минуя стадию выплавки чугуна в доменных печах. Развитие этого способа получения железа связано с сокращением запасов коксующихся углей, необходимых для производства кокса, служащего главным топливным материалом для доменной плавки. Из многочисленных методов, предложенных, разработанных и осуществлённых в промышленных масштабах в разных странах, наибольшее распространение получила технология производства металлизованных окатышей. Сырьём для производства окисленных окатышей в этом случае служит суперконцентрат глубокого обогащения железных руд, содержащий 68.5—69.5 % железа. Окисленные окатыши обрабатываются специально подготовленным восстановительным газом с температурой ок. 800 °C в печах шахтного типа. Металлизованные окатыши переплавляются в электропечах для производства стали высокого качества.
29. Влияние химического состава на свойства чугуна.
Химический состав чугуна. Чугун относится к числу наиболее сложных по химическому составу сплавов. В нем. кроме железа, углерода, кремния и марганца, в зависимости от происхождения шихтовых материалов, условий выплавки, легирования и модифицирования могут быть обнаружены в тех или иных количествах фосфор, сера, хром, никель, медь, титан, алюминий, кобальт, цирконий, ниобий, ваннаднй, вольфрам, молибден, теллур, магний, кальций, церий, бор, висмут, олово, цинк, мышьяк, азот, кислород, водород и некоторые другие элементы.
Эти элементы, присутствуя в очень малых количествах, в определенных условиях могут оказать существенное влияние на графитизацню чугуна, характер его металлической матрицы и многие важные при производстве отливок свойства.
Углерод и кремний. Влияние этих элементов принято рассматривать совместно, так как в обычных чугунах оба они действуют в одном направлении, хотя и с различной интенсивностью.
Интенсивность влияния элементов на положение чугуна относительно эвтектического состава характеризуется соответствующими коэффициентами в формулах для подсчета величины углеродного эквивалента и степени эвтектичности. Содержание в чугуне углерода и его форма оказывают большое влияние на величины объемной и линейной усадок.
Увеличение содержания углерода в доэвтектнческом чугуне приводит к заметному уменьшению объема усадочных раковин. Это связано с тем, что одновременно в чугуне происходит увеличение количества графита, выделяющегося при кристаллизации эвтектики. Если количество эвтектического графита составляет 1.8 %. то у чугуна усадка не наблюдается.
Дальнейшее увеличение количества эвтектического графита приводит к увеличению объема чугуна.
Изменение содержания углерода оказывает влияние и на характер усадочных пороков: чем выше содержание углерода, тем меньшее развитие имеет усадочная пористость и большее – образование концентрированных усадочных раковин.
На объем усадочных пороков значительное влияние оказывает форма графита. Пористость уменьшается при образовании междендритного и мелкого графита и увеличивается при выделении его в грубой пластинчатой форме. Объем усадочных пороков в чугуне с шаровидным графитом мало отличается от объема их в белом неграфитизированном чугуне.
При рассмотрении влияния углерода на образование пористости необходимо учитывать и содержание фосфора. В высокофосфористых чугунах, содержащих окаю 1 % фосфора, пористость увеличивается с увеличением углеродного эквивалента и количества эвтектического графита.
30.Производство стали в кислородных конвертерах.
Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.
Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом.
Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 0 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.
Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит и плавиковый шпат для разжижения шлака.
После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют.
Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап рис. (2.3.а), заливают чугун при температуре 1250…1400 0C (рис. 2.3.б).
После этого конвертер поворачивают в рабочее положение (рис. 2.3.в), внутрь вводят охлаждаемую фурму и через не¨ подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 0C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой, выделяющейся при окислении.
Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.
Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы в чугуне должно быть до 0,07 %).
Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают
сталь в ковш (рис. 2.3.г), где раскисляют осаждающим методом
ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак (рис. 2.3.д).
В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.
Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.
31.Производство стали в мартеновских печах
Мартеновская печь (рис.2.2.) по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное
топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.
Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича.
Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.
Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1.
Регенератор – камера, в которой размещена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.
Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 0C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 0C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 1200 0C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6.
Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли и направляются во второй регенератор.
Охлаждённые газы покидают печь через дымовую трубу 8.
После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.
Температура факела пламени достигает 1800 0C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.
Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок.
32.Производство стали в электропечах
Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами:
а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;
б) можно получать высокую температуру металла,
в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.
Электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сплавов и сталей.
Различают дуговые и индукционные электропечи.
Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде.
Индукционные тигельные плавильные печи
Выплавляют наиболее качественные коррозионно-стойкие, жаропрочные и другие стали и сплавы.
Печь состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 (основные или кислые огнеупорные материалы) с металлической шихтой, через индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500…2000 Гц).
При пропускании тока через индуктор в металле 1, находящемся в тигле, индуцируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Для уменьшения потерь тепла, печь имеет съ¨мный свод 2.
Тигель изготавливают из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Для выпуска плавки печь наклоняют в сторону сливного желоба.
33.Разливка стали
Из плавильных печей сталь выпускают в ковш, который мостовым краном переносят к месту разливки стали. Из ковша сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерывного литья заготовок. В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает и получают слитки, которые подвергаются прокатке, ковке.
Изложницы – чугунные формы для изготовления слитков.
Изложницы выполняют с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями.
Слитки с квадратным сечением переделывают на сортовой прокат: двутавровые балки, швеллеры, уголки. Слитки прямоугольного сечения – на листы. Слитки круглого сечения используются для изготовления труб, колёс. Слитки с многогранным сечением применяют для изготовления поковок.
Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 0,5…7 тонн, а некоторые сорта высоколегированных сталей – в слитки до нескольких килограммов.
Поверхность слитка получается чистой, можно разливать большую массу металла одновременно в несколько изложниц.
В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша 1. При этом исключается расход металла на литники, упрощается подготовка оборудования к разливке. К недостаткам следует отнести менее качественную поверхность слитков, из-за наличия пленок оксидов от брызг металла, затвердевающих на стенках изложницы.
34. Способы повышения качества стали
Улучшить качество металла можно уменьшением в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.
Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов и неметаллических включений.
Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу.
Для вакуумирования в ковше ковш с жидкой сталью помещают в камеру, закрывающуюся герметичной крышкой. Вакуумными насосами создают разрежение до остаточного давления 0,267…0,667 кПа. При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается. Улучшаются прочность и пластичность стали.
Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочны сталей.
Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.
Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.
35. СТРОЕНИЕ СТАЛЬНОГО СЛИТКА
После затвердения стали, залитой в изложницы, в полученном слитке наблюдаются три зоны (рис. 9): зона 1 вблизи поверхности — плотный слой мелких кристаллов, зона 2 — крупнокристаллическая, столбчатые кристаллы которой расположены перпендикулярно оси слитка, зона 3 — кристаллы, беспорядочно ориентированные в слитке.
В нижней части слитка металл находится в рыхлом состоянии, а в верхней —образуется усадочная раковина. Это объясняется тем, что скорость остывания разных слоев слитка неодинакова.
В слитках стали встречаются газовые раковины, возникающие вследствие того, что газы, поглощенные металлом во время плавки, не успевают выделиться при охлаждении металла и остаются в нем, образуя внутренние пузыри.
Слиток неоднороден по своему химическому составу. Это неравномерное распределение составляющих сплава в различных местах сплава называется зональной ликвацией.
Масса кристалла металла также химически неоднородна. Это явление называют внутрикристаллической ликвацией. Ликвацию уменьшают разными способами: ускорением затвердевания слитка, соответствующей последующей термической обработкой металла и др.
36. Классификационные признаки стали
По химическому составу углеродистые стали делят в зависимости от содержания углерода на следующие группы:
Для улучшения технологических свойств стали легируют. Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, Al, B, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.
В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:
Легированные стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу:
37. Производство меди
Медь в природе находится в виде сернистых соединений , оксидов , гидрокарбонатов , углекислых соединений в составе сульфидных руд и самородной металлической меди.
Наиболее распространенные руды – медный колчедан и медный блеск, содержащие 1…2 % меди.
90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом, 10 % - гидрометаллургическим.
Гидрометаллургический способ – получение меди путём её выщелачивания слабым раствором серной кислоты и последующего выделения металлической меди из раствора.
Получение меди пирометаллургическимспособом состоит из обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования.
Обогащение медных руд производится методом флотации и окислительного обжига.
Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости медьсодержащих частиц и пустой породы. Позволяет получать медный концентрат, содержащий 10…35 % меди.
Медные руды и концентраты, содержащие большие количества серы, подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700…800 0C в присутствии кислорода воздуха сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое против исходного. Обжигают только бедные (с содержанием меди 8…25 %) концентраты, а богатые (25…35 % меди) плавят без обжига.
После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды меди и железа . Штейн содержит 20…50 % меди, 20…40 % железа, 22…25 % серы, около 8 % кислорода и примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки 1450 0C.
Полученный медный штейн, с целью окисления сульфидов и железа, подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак, а серу – в . Тепло в конвертере выделяется за счёт протекания химических реакций без подачи топлива. Температура в конвертере составляет 1200…1300?C. Таким образом, в конвертере получают черновую медь, содержащую 98,4…99,4 % меди, 0,01…0,04 % железа, 0,02…0,1 % серы и небольшое количество никеля, олова, сурьмы, серебра, золота. Эту медь сливают в ковш и разливают в стальные изложницы или на разливочной машине.
Черновую медь рафинируют для удаления вредных примесей, проводят огневое, а затем электролитическое рафинирование.
Сущность огневого рафинирования черновой меди заключается в окислении примесей, имеющих большее сродство к кислороду, чем медь, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99…99,5%. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или слитки для электролитического рафинирования.
Электролитическое рафинированиепроводят для получения чистой от примесей меди (99,95% ).
Электролиз проводят в ваннах, где анод изготавливают из меди огневого рафинирования, а катод – из тонких листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор (10…16%) и (10…16%).
При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, а на катодах разряжаются ионы меди, осаждаясь на них слоем чистой меди.
Примеси осаждаются на дно ванны в виде шлака, который идёт на переработку с целью извлечения металлов.
Катоды выгружают через 5…12 дней, когда их масса достигнет 60…90 кг. Их тщательно промывают, а затем переплавляют в электропечах.
Медь по чистоте подразделяется на марки: М0 (99,95% Cu), М1 (99,9%), М2(99,7%), М3 (99,5%), М4 (99%).
38.Производство алюминия.
Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содержание 32-60% глинозема Al2O3. К важнейшим алюминиевым рудам относятся также алунит и нефелин. Алюминий получают из оксида алюминия Al2O3 электролитическим методом. Используемый для этого оксид алюминия должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Очищенный Al2O3 получают переработкой природного боксита. Основное исходное вещество для производства алюминия – оксид алюминия. Он не проводит электрический ток и имеет очень высокую температуру плавления(около 2050С), поэтому требуется слишком много энегрии. Глинозем хорошо расплавляется в расплавленном криолите – минерале состава AlF3.3NaF. Этот расплав и подвергают электролизу при температуре всего около 950C на алюминиевых производствах. Запасы криолита в природе незначительны, поэтому был создан синтетический криолит, что существенно удешевило производство алюминия. Гидролизу подвергают расплавленную смесь криолита Na3[AlF6] и оксида алюминия.Смесь содержащая около 10 весовых процентов Al2O3, плавится при 960 C и обладает электропроводностью , плотностью и вязкостью , наиболее благоприятствующими проведения процесса. Для дополнительного улучшения жтих характеристик в состав смеси входят добавки AlF3, CaF2, MgF2. Благодаря этому проведение электролиза оказывается возможным при 950 С. Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичем. Его дно, собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды(один или несколько) располагаются сверху: это – алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами. На современных заводах электролизеры устанавливаются сериями(каждая серия состоит из 150 и большего числа электролизеров. При электролизе на катоде выделяется алюминий , а на аноде – кислород. Алюминий обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне электролизера, откуда его периодически выпускают. По мере выделения металла, в расплав добавляют новые порции оксида алюминия. Выделяющийся при электролизе кислород взаимодействует с углеродом анода, который выгорает, образуя СО и CO2.
39.Производство титана.
Наиболее распространенным сырьем для производства титана служит ильменитовый концентрат, выделяемый при обогащении титаномагнетитовых железных руд, в котором содержится, % : 40-60 ТiO2, ~30 FeO, ~20 Fe2O3 и 5-7 пустой породы(СаО, MgO, Al2O3,SiO2) , титан в виде минерала ильменита FeO ` TiO2. Технологический процесс производства титана из ильменитового концентрата состоит из следующих основных стадий: получение титанового шлака восстановительной плавкой, получение тетрахлорида титана хлорированием титановых шлаков , производство титана(губки, порошка) восстановлением их тетрахлорида. Кроме этого зачастую проводят рафинирование полученного титана и иногда переплав для получения титана в виде слитков. Восстановительная плавка ильменитового концентрата имеет целью перевести TiO2 в шлак и отделить оксиды железа путем их восстановления. Плавку проводят в электро- дуговых печах. Сначала загружают концентрат и восстановитель(кокс, антрацит) , их нагревают до ~1650 С. Основной реакцией является: FeO *TiO2+C=Fe+TiO2+CO. Из восстановленного и науглероживающегося железа образуется чугун, а оксид титана переходит в шлак, который содержит 82-90% TiO2(титановый шлак). Получение тетрахлорида титана TiCl4 осуществляют воздействием газообразного хлора на TiO2 при температурах 700-900 С , при этом протекает реакция: TiO2+2Cl2+2C=TiCl4+2CO. Исходным титаносодержащим сырьем является титановый шлак. Хлорирование осуществляют в шахтных хлораторах. Шахтный хлоратор – это футерованный цилиндр диаметром до 2 и высотой до 10 м, в который сверху загружают брикеты из измельченного титанового шлака и снизу вдувают газ магниевых электролизеров, содержащий 65-70% Cl2. Взаимодействие TiO2 брикетов и хлора идет с выделением тепла, обеспечивающего необходимые для процесса температуры (~ 950 C в зоне реагирования). Образующийся в хлораторе газообразный TiCl4 отводят через верх, остаток шлака от хлорирования непрерывно выгружают снизу. Солевой хлоратор для производства титана представляет собой футерованную шамотом камеру , наполовину заполненную отработанным электролизом магниевых электролизеров , содержащим хлориды калия, натрия, магния и кальция. Сверху в расплав загружают измельченные титановый шлак и кокс, а снизу вдувают хлор. Температура 800-850 С, необходимая для интенсивного протекания хлорирования титанового шлака в расплаве, обеспечивается за счет тепла протекающих экзометрических реакций хлорирования. Газообразный TiCl4 из верха хлоратора отводят на очистку от примесей, отработанный электролит переодически заменяют. Основное преимущество солевых хлораторов состоит в том, что не требуются дорогостоящее брикетирование шихты. Отводимый из хлораторов газообразный TiCl4 содержит пыль и примеси газов – СО, CO2 и различные хлориды, поэтому его подвергают сложной, проводимой несколько стадий очистке. Производство титана металлотермическое восстановление титана из тетрахлоридаTiCl4 проводят магнием или натрием. Для восстановления магнием служат аппараты, представляющие собой помещенную в печь герметичную реторту высотой 2-3 м из хромо-никелевых сталей. После ввода в рагозретую до ~ 750 C реторту магния в нее подают тетрахлорид титана. Восстановление титана магнием TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2 идет с выделением тепла, поэтому электронагрев печи отключают и реторгу и обдувают воздухом, поддерживая температуру в пределах 800-900 С; ее регулируют также скоростью подачи тетрахлорида титана. За один цикл восстановления длительностью 30-50 ч получают 1-4 т титана в виде губки(твердые частицы титана спекаются в пористую массу- губку). Жидкий MgCl2 периодически выпускают. Титановая губка впитывает много MgCl2 и магния, поэтому после окончания цикла восстановления проводят вакуумную отгонку примесей. Реторту после нагревания до ~1000 С и создания в ней вакуума выдерживают в течении 35-50 ч; за это время примеси испаряются. Иногда отгонку примесей из губки проводят после ее извлечения из реторты. Восстановление титана натрием проводят в аппаратах, схожих с применяемыми для магниетермического восстановления. В реторте после подачи TiCl4 и жидкого натрия идет реакция восстановления титана: TiCl4+4Na=Ti+4 NaCl. Температура в 800-880 С поддерживается за счет выделяющегося при восстановлении тепла. Полученную твердую массу, содержащую 17% Ti и 83% NaCl извлекают из реактора, измельчают и выщелачивают из нее NaCl водой, получая титановый порошок.Рафинирование титана. Для получения титана высокой чистоты применяют так называемый иодидный способ, при котором используется реакция Ti+2I2=TiI4. При температуре 100-200 с реакция протекает в направлении образования TiI4, а при температуре 1300-1400 С – в обратном направлении. Титановую губку (порошок) загружают в специальную репорту, помещаемую в термостат, где температура должна быть на уровне 100-200 С, и внутри нее специальным приспособлением разбивает ампулу с иодом. Через несколько натянутых в репорте титановых проволок пропускают ток, в результате чего они накаливаются до 1300-1400 С. Пары иода реагируют с титаном губки по реакции Ti+2I2-TiI4. ПолученныйTiI4 разлагается на раскаленной титановой проволоке, образуя кристаллы чистого Tiи освобождая иод. Пары Иода вновь вступают во взаимодействие с рафинируемым титаном, а на проволоке постепенно наращивается слой кристаллизующегося титана. Процесс заканчивают при толщине получаемого прутка титана 25-30 мм. Получаемый металл содержит 99,9-99,99% Ti, в одном аппарате получают ~ 10 кг чистого титана в сутки. Производство титановых слитков. Для получения ковкого Tiв виде слитков губку переплавляют в вакуумной дуговой печи. Расходуемый(плавящийся) электрод получают прессованием губки и титановых отходов. Жидкий титан затвердевает в печи в водоохлаждаемом кристаллизаторе.
40.Характеристика литейного производства. Преимущества и недостатки.
Теория и практика технологии литейного производства на современном этапе позволяет получать изделия с высокими эксплуатационными свойствами. Отливки надежно работают в реактивных двигателях, атомных энергетических установках и других машинах ответственного назначения. Они используются в изготовлении строительных конструкций, металлургических агрегатов, морских судов, деталей бытового оборудования, художественных и ювелирных изделий.
Современное состояние литейного производства определяется совершенствованием традиционных и появлением новых способов литья, непрерывно повышающимся уровнем механизации и автоматизации технологических процессов, специализацией и централизацией производства, созданием научных основ проектирования литейных машин и механизмов.
Важнейшим направлением повышения эффективности является улучшение качества, надежности, точности и шероховатости отливок с максимальным приближением их к форме готовых изделий путем внедрения новых технологических процессов и улучшения качества литейных сплавов, устранение вредного воздействия на окружающую среду и улучшения условий труда.
Литье является наиболее распространенным методом формообразования.
Преимуществами литья являются изготовление заготовок с наибольшими коэффициентами использования металла и весовой точности, изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы, получение заготовок из сплавов, неподдающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием (магниты).
41.Классификация литых заготовок.
По условиям эксплуатации, независимо от способа изготовления, различают отливки:
– общего назначения – отливки для деталей, не рассчитываемых на прочность
– ответственного назначения – отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках;
– особо ответственного назначения - отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динамических нагрузках.
В зависимости от способа изготовления, массы, конфигурации поверхностей, габаритного размера, толщины стенок, количества стержней, назначения и особых технических требований отливки делят на 6 групп сложности.
Первая группа характеризуется гладкими и прямолинейными наружными поверхностями с наличием невысоких усиливающих ребер, буртов, фланцев, отверстий. Внутренние поверхности простой формы. Типовые детали – крышки, рукоятки, диски, фланцы, муфты, колеса вагонеток, маховики для вентилей и т.д.
Шестая группа – отливки с особо сложными закрытыми коробчатыми и цилиндрическими формами. На наружных криволинейных поверхностях под различными углами пересекаются ребра, кронштейны и фланцы. Внутренние полости имеют особо сложные конфигурации с затрудненными выходами на поверхность отливки. Типовыедетали – станины специальных МРС, сложные корпуса центробежных насосов, детали воздуходувок, рабочие колеса гидротурбин.
В зависимости от способа изготовления их габаритных размеров и типа сплавов ГОСТ 26645-85 устанавливает 22 класса точности.
42.Литейные свойства сплавов
Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов, которые проявляются при заполнении формы, кристаллизации и охлаждении отливок в форме. К основным литейным свойствам сплавов относят: жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение, ликвацию.
Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки.
При высокой жидкотекучести сплавы заполняют все элементы литейной формы.
Жидкотекучесть зависит от многих факторов: от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т.д.
Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре, обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, затвердевающие в интервале температур (твердые растворы). Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается. С повышением температуры заливки расплавленного металла и формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так , песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму. Наличие неметаллических включений снижает жидкотекучесть. Так же влияет химический состав сплава (с увеличением содержания серы, кислорода, хрома жидкотекучесть снижается; с увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода жидкотекучесть увеличивается).
Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Изменение объема зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки.
Различают объемную и линейную усадку.
В результате объемной усадки появляются усадочные раковины и усадочная пористость в массивных частях отливки.
Для предупреждения образования усадочных раковин устанавливают прибыли – дополнительные резервуары с расплавленным металлом, а также наружные или внутренние холодильники.
Линейная усадка определяет размерную точность полученных отливок, поэтому она учитывается при разработке технологии литья и изготовления модельной оснастки.
Линейная усадка составляет: для серого чугуна – 0,8…1,3 %; для углеродистых сталей – 2…2,4 %; для алюминиевых сплавов – 0,9…1,45 %; для медных сплавов – 1,4…2,3 %.
Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.
Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы.
Ликвация – неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Ликвация образуется в процессе затвердевания отливки, из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его твердой и жидкой фазах. В сталях и чугунах заметно ликвируют сера, фосфор и углерод.
Различают ликвацию зональную,когда различные части отливки имеют различный химический состав, и дендритную, Когдахимическая неоднородность наблюдается в каждом зерне.
43.Формовочные смеси классифицируют:
– по назначению (для отливок из чугуна, стали и цветных металлов);
– по составу (песчано-глинистые, содержащие быстротвердеющие крепители, специальные);
– по применению при формовке (единые, облицовочные, наполнительные);
– по состоянию форм перед заливкой в них сплава (сырые, сухие, подсушиваемые и химически твердеющие).
Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы.
Основными исходными материалами являются песок и глина, вспомогательными – связующие вещества и добавки. Кроме исходных материалов для приготовления формовочных смесей используют отработанные (бывшие в употреблении) смеси.
В зависимости от назначения различают формовочные и стержневые смеси. Правильный выбор смеси имеет большое значение, так как около половины брака отливок возникает из-за низкого качества формовочных материалов и смесей.
Песок – основной огнеупорный компонент формовочных и стержневых смесей.
Обычно используется кварцевый или цирконовый песок из кремнезема SiO2.
Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность, обладающим термической устойчивостью. При увлажнении вокруг глинистых частиц, несущих на своей поверхности электрический заряд, образуются гидратные оболочки, обеспечивающие легкое скольжение частиц относительно друг друга при сохранении их сцепления и без нарушения сплошности материала при деформации. Все основные технологические свойства формовочных глин определяются их минералогическим составом, размером частиц, количеством и составом присоединенных катионов. Чем меньше в глине примесей, тем выше ее термохимическая устойчивость. Широко применяют бентонитовые или каолиновые глины.
В формовочные и стержневые смеси вводят в небольших количествах (1…3 %) дополнительные связующие. Их подразделяют на органические и неорганические, растворимые и нерастворимые в воде (сульфидно-спиртовая барда, битум, канифоль, цемент, жидкое стекло, термореактивные смолы и др.).
Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок используют противопригарные материалы: для сырых форм – припылы; для сухих форм – краски.
В качестве припылов используют: для чугунных отливок – смесь оксида магния, древесного угля, порошкообразного графита; для стальных отливок – смесь оксида магния и огнеупорной глины, пылевидный кварц.
Противопригарные краски представляют собой водные суспензии этих материалов с добавками связующих.
Замазки применяют для исправления поверхностных дефектов форм и стержней при их окончательной отделке. Они должны обладать хорошей пластичностью, не образовывать трещин и не отслаиваться от поверхности формы (стержня) после тепловой обработки.
Легирующие пасты, состоящие из размолотых легирующих элементов – марганца, кремния, хрома, алюминия, 10 % соды, 10 % буры, применяют с целью изменить химический состав и свойства поверхностного слоя отливок.
Смеси должны обладать рядом свойств:
» прочностью – способностью смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при изготовлении и эксплуатации;
» поверхностной прочностью (осыпаемостью) – сопротивлением истирающему действию струи металла при заливке;
» пластичностью – способностью воспринимать очертание модели и сохранять полученную форму;
» податливостью – способностью смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава;
» текучестью – способностью смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого ящика;
» термохимической устойчивостью или непригарностью – способностью выдерживать высокую температуру сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия;
» негигроскопичностью – способностью после сушки не поглощать влагу из воздуха;
» долговечностью – способностью сохранять свои свойства при многократном использовании.
По применению при формовке различают облицовочные, наполнительные и единые смеси.
Облицовочная смесь используется для изготовления рабочего слоя формы. Содержит повышенное количество исходных формовочных материалов и имеет высокие физико-механические свойства.
Наполнительная смесь используется для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Приготавливается путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов.
Облицовочная и наполнительная смеси необходимы для изготовления крупных и сложных отливок.
Единая смесь применяется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной. Используется при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производстве. Изготавливается из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью для обеспечения долговечности. Применяются быстротвердеющие формовочные смеси с добавками цемента или жидкого стекла. Форму из этой смеси высушивают путем продувания через формовочную смесь углекислого газа. Форма становится прочной и достаточно газопроницаемой.
Широко применяются в последнее время самотвердеющие смеси. Кроме жидкого стекла в них добавляют материалы, ускоряющие процесс твердения, например, феррохромистый шлак. Смесь затвердевает на воздухе в течение 30 минут и становится прочной и газопроницаемой. Разновидностью самотвердеющих смесей являются текучие самотвердеющие смеси, применение которых исключает операцию уплотнения смеси.
Приготовление формовочных смесей
Формовочные смеси приготавливают различными способами в зависимости от их назначения и технологических свойств.
Приготовление смесей включает подготовку исходных формовочных материалов, отработанных смесей и приготовление смесей из этих материалов.
Сначала подготавливают песок, глину и другие исходные материалы.
Песок сушат при температуре около 250 0С в печах или специальных установках и просеивают в целях отделения комьев, гальки и различных посторонних включений через сита с размером ячеек 3…5 мм.
Глину сушат при температуре 200…250 0С, размельчают в два этапа: дробят на куски размером 15…25 мм в дробилках; размалывают в шаровых мельницах или бегунах до частиц размером менее 0,1 мм и просеивают через сита. Аналогично получают угольный порошок.
Подготавливают оборотную смесь. Оборотную смесь после выбивки из опок разминают на гладких валках, очищают от металлических частиц в магнитном сепараторе и просеивают.
Приготовление песчано-глинистой формовочной смеси включает несколько операций: дозирование, перемешивание компонентов смеси, увлажнение, вылеживание и разрыхление.
Сущность процесса перемешивания состоит в том, чтобы из компонентов получить однородную смесь, все зерна песка которой были бы покрыты тонким, равномерным слоем увлажненной глины или другого связующего. Перемешивание осуществляется в смесителях-бегунах с вертикальными или горизонтальными катками. Песок, глину, воду и другие составляющие загружают при помощи дозатора, перемешивание осуществляется под действием катков и плужков, подающих смесь под катки.
Готовая смесь выдерживается в бункерах-отстойниках в течение 2…5 часов для распределения влаги и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц и устранения неравномерности распределения влаги в смеси.
Готовую смесь разрыхляют в специальных устройствах (аэраторах или дезинтеграторах), что обеспечивает высокую газопроницаемость и однородность уплотнения смеси в формах.
Готовую смесь по ленточным конвейерам подают в бункеры на формовку.
Пластичную самотвердеющую смесь на жидком стекле готовят в два этапа. На первом этапе в бегуны вводят все компоненты смеси, кроме феррохромистого шлака, песок, глину, уголь, жидкое стекло, раствор едкого натра и др. компоненты перемешивают и готовую базовую смесь по транспортерным лентам подают в бункеры на место формовки. На втором этапе в специальные барабанные или шнековые смесители из бункера подают базовую смесь и вводят дозу феррохромистого шлака, перемешивают и подают в опоку.
Исходные материалы жидких, самотвердеющих смесей подают в бункеры на формовочный участок, затем исходные материалы в определенной последовательности подают в барабанные или шнековые смесители и перемешивают. Жидкая композиция готовится отдельно. Готовую смесь подают в опоку.
Стержневая смесь
Стержневая смесь соответствует условиям технологического процесса изготовления литейных стержней, которые испытывают тепловые и механические воздействия. Она должна иметь более высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки.
Огнеупорность – способность смеси и формы сопротивляться растяжению или расплавлению под действием температуры расплавленного металла.
Газопроницаемость – способность смеси пропускать через себя газы (песок способствует ее повышению).
Для обеспечения этих свойств в стержневую смесь добавляют связующие материалы и другие добавки. В качестве связующих материалов применяют синтетические смолы, естественные смолы (сланцевая смола, канифоль), поливиниловый спирт, декстрин и др.
В зависимости от способа изготовления стержней смеси разделяют: на смеси с отвердением стержней тепловой сушкой в нагреваемой оснастке (в качестве связующих материалов применяют быстротвердеющие органические и органоминеральные связующие, которые затвердевают с помощью катализаторов); жидкие самотвердеющие; жидкие холоднотвердеющие смеси на синтетических смолах; жидкостекольные смеси, отверждаемые углекислым газом.
Приготовление стержневых смесей осуществляется перемешиванием компонентов в течение 5…12 минут с последующим выстаиванием в бункерах.
В современном литейном производстве изготовление смесей осуществляется на автоматических участках.
44. Изготовление литейных форм
Основными операциями изготовления литейных форм являются: уплотнение формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание форме достаточной прочности; устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы; извлечение модели из формы; отделка и сборка формы.
Формы изготавливаются вручную, на формовочных машинах и на автоматических линиях.
Ручная формовка применяется для получения одной или нескольких отливок в условиях опытного производства, в ремонтном производстве, для крупных отливок массой 200…300 тонн.
Приемы ручной формовки: в парных опоках по разъемной модели; формовка шаблонами; формовка в кессонах.
Формовка шаблонами применяется для получения отливок, имеющих конфигурацию тел вращения в единичном производстве
Формовка в кессонах.
Формовкой в кессонах получают крупные отливки массой до 200 тонн.
Кессон – железобетонная яма, расположенная ниже уровня пола цеха, водонепроницаемая для грунтовых вод.
Механизированный кессон имеет две подвижные и две неподвижные стенки из чугунных плит. Дно из полых плит, которые можно продувать (для ускорения охлаждения отливок) и кессона. Кессон имеет механизм для передвижения стенок и приспособлен для установки и закрепления верхней полуформы.
Машинная формовка
Используется в массовом и серийном производстве, а также для мелких серий и отдельных отливок.
Повышается производительность труда, улучшается качество форм и отливок, снижается брак, облегчаются условия работы.
По характеру уплотнения различают машины: прессовые, встряхивающие и другие.
Уплотнение прессованием может осуществляться по различным схемам, выбор которой зависит от размеров формы моделей, степени и равномерности уплотнения и других условий.
Вакуумная формовка.
Модельная плита имеет вакуумную полость. В модели имеются сквозные отверстия диаметром 0,5…1 мм, совпадающие с отверстиями в плите. Модельную плиту с моделью закрывают нагретой полимерной пленкой. В воздушной коробке насосами создается вакуум 40…50 кПа. Затем устанавливается опока с сухим кварцевым песком, который уплотняется с помощью вибраций.
На верхнюю поверхность помещают разогретую пленку, плотно прилегающую к опоке. Полуформу снимают с модели. При заливке металла пленка сгорает, образуя противопригарное покрытие.
Уплотнение пескометом осуществляется рабочим органом пескомета – метательной головкой. Формовочная смесь подается в головку непрерывно. Пескомет обеспечивает засыпку смеси и ее уплотнение. При вращении ковша (1000…1500 мин–1) формовочная смесь выбрасывается в опоку со скоростью 30…60 м/с. Метательная головка может перемещаться над опокой. Пескомет – высокопроизводительная формовочная машина, его применяют при изготовлении крупных отливок в опоках и кессонах.
45. Приёмы ручной формовки
Приемы ручной формовки: в парных опоках по разъемной модели; формовка шаблонами; формовка в кессонах.
Формовку в опоках по разъемной модели отливки применяют, когда модель не имеет плоской поверхности.
Формовку осуществляют в следующей последовательности (рис. 5).
Изготовление формы в парных опоках по разъемной модели
Рис. 5. Изготовление формы в парных опоках по разъемной модели: а – отливка; б – изготовление нижней полуформы; в – изготовление верхней полуформы; г – форма, готовая к заливке; 1 – вентиляционные каналы; 2 – нижняя опока; 3 – нижняя часть модели; 4 – модельная плита; 5 – модель стояка; 6 – выпор; 7 – верхняя половина модели; 8 – верхняя опока; 9 – стержень
Нижнюю половину модели, не имеющую центрирующих шипов 3, и модели питателей ставят плоскостью разъема на модельную плиту4. Устанавливают нижнюю опоку 2. На модель наносят облицовочную формовочную смесь толщиной 40…100 мм, после чего смесь уплотняют вокруг всей модели. Остальной объем опоки заполняют наполнительной смесью. Ручной или пневматической трамбовкой смесь уплотняют сначала у стенок опоки, а затем в средней части, после добавления смеси выше края опокиуплотняют концом трамбовки. Излишек формовочной смеси срезают линейкой вровень с кромкой опоки. Душником накалывают вентиляционные каналы 1, улучшающие газопроницаемость формы (рис. 5, б).
Опоку с заформованной в ней половиной модели поворачивают на 180° и разъемом вверх устанавливают на модельную плиту. Формовочную смесь по разъему заглаживают гладилкой. На нижнюю половину модели по центрирующим шипам устанавливают верхнюю половину модели 7 и модели стояка 5, шлакоуловителя выпоров 6. Поверхность разъема формы посыпают тонким слоем сухого кварцевого песка, для того чтобы формовочная смесь в верхней опоке не прилипала к смеси в нижней опоке. Верхнюю опоку 8 устанавливают по центрирующим штырям на нижнюю опоку. Затем производят наполнение и уплотнение смеси в верхней опоке. После уплотнения трамбовкой срезают излишки смеси, выполняют вентиляционные каналы, вокруг стояка гладилкой прорезают литниковую чашу (рис. 5, в).
Модели стояка и выпоров раскачивают и удаляют из верхней полуформы. Верхнюю опоку снимают, переворачивают на 180° разъемом вверх и устанавливают на предварительно подготовленное место. Из полуформ после легкого раскачивания удаляют половины моделей и модели питателей и шлакоуловителя. Обе формы отделывают и припыливают серебристым графитом (если в форму заливают чугун), тальком или цементом для получения отливок с чистой поверхностью.
Иногда при изготовлении сложных отливок одна плоскость разъема не позволяет извлечь модель из верхней и нижней полуформ. В этом случае применяют формовку в трех и более опоках, т.е. форма имеет две и больше поверхностей разъема. В ряде случаев вместо дополнительного разъема на модели делают отъемные части или устанавливают наружные стержни.
Формовка шаблонами применяется для получения отливок, имеющих конфигурацию тел вращения в единичном производстве.
Шаблон – профильная доска. Изготовление формы для шлаковой чаши (рис. 6, а) показано на рис. 6.
Формовка шаблонами
Рис. 6. Формовка шаблонами: а – отливка; б – оснастка для формовки; в – оформление наружного контура; г – изготовление верхней полуформы; д – оформление внутреннего контура; е – форма, готовая к заливке; 1, 4 – шаблоны; 2 – шпиндель; 3 – серьга; 5 – упор; 6 – верхняя опока; 7 – подпятник
В уплотненной формовочной смеси вращением шаблона 1, закрепленного на шпинделе 2 до упора 5 при помощи серьги 3, оформляют наружную поверхность отливки (рис. 6, в) и используют ее как модель для формовки в опоке верхней полуформы 6 (рис. 6, г). Снимают серьгу с шаблоном, плоскость разъема покрывают разделительным слоем сухого кварцевого песка, устанавливают модели литниковой системы, опоку, засыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Затем снимают верхнюю полуформу. В подпятник 7устанавливают шпиндель с шаблоном 4, которым оформляют нижнююполуформу, снимая слой смеси, равный толщине стенки отливки (рис. 2.6, д). Снимают шаблон, удаляют шпиндель, отделывают болван и устанавливают верхнююполуформу (рис. 2.6, е). В готовую литейную форму заливают расплавленный металл.
Формовка в кессонах.
Формовкой в кессонах получают крупные отливки массой до 200 тонн, не требующие высокой точности.
Кессон – железобетонная яма, расположенная ниже уровня пола цеха, водонепроницаемая для грунтовых вод.
Формовочную смесь уплотняют вокруг модели с помощью пневматических трамбовок или пескометом, а при изготовлении небольших отливок модель вдавливают в заранее подготовленный слой формовочной смеси.
Механизированный кессон имеет две подвижные и две неподвижные стенки из чугунных плит. Дно из полых плит, которые можно продувать (для ускорения охлаждения отливок), и кессона. Кессон имеет механизм для передвижения стенок и приспособлен для установки и закрепления верхней полуформы.
46. Литейное производство. Изготовление стержней.
Изготовление стержней осуществляется вручную или на специальных стержневых машинах из стержневых смесей.
Изготовление стержней включает операции: формовка сырого стержня, сушка, окраска сухого стержня. Если стержень состоит из нескольких частей, то после сушки их склеивают.
Ручная формовка осуществляется в стержневых ящиках. В готовых стержнях выполняют вентиляционные каналы. Для придания стержням необходимой прочности используются арматурные каркасы из стальной проволоки или литого чугуна.
Готовые стержни подвергаются сушке при температуре 200…230 0С, для увеличения газопроницаемости и прочности. Во время сушки из стержня удаляется влага, частично или полностью выгорают органические примеси
Часто стержни изготавливают на пескодувных машинах. При использовании смесей с синтетическими смолами, стержни изготавливают в нагреваемой оснастке.
Изготовление стержней из жидкостекольных смесей состоит в химическом отверждении жидкого стекла путем продувки стержня углекислым газом.
47.Изготовление отливок в песчаных формах.
Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов от нескольких грамм до сотен тонн, с толщиной стенки от 3…5 до 1000 мм и длиной до 10000 мм.
Литейная форма обычно состоит из верхней и нижней полуформ, которые изготавливаются в опоках– приспособлениях для удержания формовочной смеси. Полуформы ориентируют с помощью штырей , которые вставляют в отверстия ручек опок
Для образования полостей отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни , которые фиксируют посредством выступов, входящих в соответствующие впадины формы (знаки).
Литейную форму заливают расплавленным металлом через литниковую систему.
Литниковая система – совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы.
Основными элементами являются: литниковая чаша , которая служит для приема расплавленного металла и подачи его в форму; стояк – вертикальный или наклонный канал для подачи металла из литниковой чаши в рабочую полость или к другим элементам; шлакоуловитель , с помощью которого удерживается шлак и другие неметаллические примеси; питатель – один или несколько, через которые расплавленный металл подводится в полость литейной формы.
Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затвердевании служат прибыли или выпор . Для вывода газов предназначены и вентиляционные каналы .
48.Литейное производство. Литье в оболочковые формы.
К-ция отливок: общего назначения, ответственного назначения, особо ответственного наз.
Способы изготовления отливокВразовых песчано-глинистых формах,В оболочковых формахПо выплавляемых моделямВ кокилях Центробежным литьем Под давлением
Литейные сплавыЧугун, сталь, медные сплавы, алюминиевые сплавы, магниевые сплавы, титановые сплавы.
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Жидкотекучесть– способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы,
Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды
Усадка бывает: обьемная, линейная.
Литье в оболочковой форме– получение отливок из расплавленного металла в формах изготовлены по горячей модельной оснастки.
Важнейшим направлением повышения эффективности является улучшение качества, надежности, точности и шероховатости отливок с максимальным приближением их к форме готовых изделий путем внедрения новых технологических процессов и улучшения качества литейных сплавов, устранение вредного воздействия на окружающую среду и улучшения условий труда.
Литье является наиболее распространенным методом формообразования.
Преимуществами литья являются изготовление заготовок с наибольшими коэффициентами использования металла и весовой точности, изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы, получение заготовок из сплавов, неподдающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием (магниты).
49.Литье по выплавляемым моделям. Литье в металлические формы
Литье по выплавляемым моделям - процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, рабочая полость которых образуется благодаря удалению (вытеканию) легкоплавкого материала модели при ее предварительном нагревании.
Выплавляемые модели изгот. в пресс формах после остывания бросают в воду, затем бросают в спец. жидкую огнеупорную смесь, обсыпают кварцевым песком, помещают в печь при тем. 850-900С
отливок из расплавленного металла в формах, рабочая полость которых образуется благодаря удалению (вытеканию) легкоплавкого материала модели при ее предварительном нагревании.
Выплавляемые модели изготавливают в пресс-формах из модельных составов, включающих парафин, воск, стеарин, жирные кислоты. Состав хорошо заполняет полость пресс-формы, дает четкий отпечаток. После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель выталкивается в холодную воду.
Затем модели собираются в модельные блоки с общей литниковой системой припаиванием, приклеиванием или механическим креплением. В один блок объединяют 2…100 моделей
Литье в металлические формы (кокили) получило большое распространение. Этим способом получают более 40% всех отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, отливки из чугуна и стали.
Литье в кокиль – изготовление отливок из расплавленного металла в металлических формах-кокилях.
Формирование отливки происходит при интенсивном отводе теплоты от расплавленного металла, от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивному металлическому кокилю, что обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок, полученных в песчаных формах.
Рабочую поверхность кокиля с вертикальной плоскостью разъема, состоящую из поддона, двух симметричных полуформ и металлического стержня , предварительно нагретую до 150…180 ?C покрывают из пульверизатора 5 слоем огнеупорного покрытиятолщиной 0,3…0,8 мм. Покрытие предохраняет рабочую поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой.
50.Центробежное литье. Литье под давлением.
Центробежное литье- процесс получения отливок из расплавленного металла во вращающихся формах, на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси и на машинах с горизонтальной осью вращения.
Литье под давлением- процесс получения отливок из расплавленного металла на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. В машинах с холодной камерой прессования камеры прессования располагаются либо горизонтально, либо вертикально.
При центробежном литье сплав заливается во вращающиеся формы. Формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.
Центробежным литьем изготовляют отливки в металлических, песчаных, оболочковых формах и формах для литья по выплавляемым моделям на центробежных машинах с горизонтальной и вертикальной осью вращения.
Металлические формы изложницы изготовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы в 1,5…2 раза больше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом.
На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные покрытия для увеличения срока их службы. Перед работой изложницы нагревают до 200 0C.
51 Литейное производство
В литейном производстве при изготовлении отливок применяются следующие методы литья:
· литье под давлением;
· литье по выплавляемым моделям;
· литье в металлические формы (литье в кокиль);
· литье в песчаные (земляные) формы;
Одним из основных направлений в литейном производстве является изготовление отливок литьем под давлением. Высокий технический уровень достигнут в получении отливок из алюминиево-кремниевых, алюминиево-кремниево-медных и цинковых сплавов. Развес отливаемых деталей от нескольких граммов до 12 кг. Плавка металла ведется в индукционных печах промышленной частоты ИАТ-04 с рафинированием двойным флюсом, дегазирующими таблетками и фильтрацией расплавленного металла через специальную сетку.
На участке литья под давлением изготавливаются отливки корпусных деталей приборов учёта газа, пневмоаппаратов тормозных систем большегрузных автомобилей, приборов прицельной техники.
95% изготавливаемого литья проходит контроль герметичности при избыточном давлении до 10 атм., при этом большинство отливок имеет толщины стенок в пределах 2 ¸ 2,5 мм.
Месячный объем выпуска литья колеблется (в зависимости от отливаемой номенклатуры отливок) в пределах 70-80 тонн. Номенклатура освоенных и изготавливаемых литьем под давлением отливок 1100-1250 наименований.
Литье по выплавляемым моделям позволяет получать заготовки с минимальной механической обработкой. Как правило, припуск на механическую обработку не превышает 0,7-1,2мм. Номенклатура освоенных и отливаемых деталей составляет 700-800 наименований. Месячный объем выпуска литья колеблется (в зависимости от отливаемой номенклатуры отливок) в пределах до 2тонн. На предприятии производятся отливки из углеродистых конструкционных сталей, хромо-никелевых (нержавеющих) и жаропрочных сталей, сплавов на медной основе. Плавка металла ведется в высокочастотных индукционных печах ИСТ-0.16.
Развес отливаемых деталей от нескольких граммов до 3,5 кг. На участке используется оригинальная технология с применением в качестве связующего «Сиалит-20», взамен используемого ранее этилсиликата.
Литье в металлические формы (литье в кокиль) используется для получения сложных корпусных деталей из алюминиево-кремниевых, с добавками магния и марганца, сплавов методом свободной заливки расплавленного металла, с последующей термообработкой. Термообработка отливок позволяет повысить прочностные характеристики на 30%. Развес отливок до 8кг. Плавка металла ведется в тигельных печах. Оборудование фирм СНГ.
Литье в песчаные (земляные формы) в основном используется для изготовления отливок для ремонтных нужд.
Контроль соответствия фактических значений физико-механических характеристик и химического состава материала заготовок и деталей обеспечивается функционированием комплексной системы металловедческих исследований, которые проводятся в спектральной, рентгенодефектоскопической и металлографической лабораториях.
Дефекты отливок и способы их устранения
Брак отливок составляет от 5 до 20 % массы выпускаемой продукции. Наиболее часто встречаются внешние дефекты отливок, обнаруживаемые при поверхностном осмотре (несоответствие размеров, спаи, недоливы, заливы, пригар и др.); объемные дефекты, расположенные внутри отливки (трещины, раковины и пр.); несоответствие требованиям химического состава и структуры металла; неудовлетворительные механические и другие свойства.
Несоответствие размеров отливки чертежу является следствием дефекта модели, неточности сборки формы или вздутия слабо набитой формы при заливке.
Спаи и недоливы образуются при снижении жидкотекучести металла и его затвердевании до заполнения формы, что происходит при низкой температуре металла или малом сечении питателей тонкостенных отливок.
Заливы (заусенцы) и перекосы образуются по разъему форм вследствие небрежного спаривания полуформ, износа опок и моделей, контрольных штырей и втулок.
Пригар является следствием недостаточной огнеупорности формовочных материалов и красок.
Ужимины могут быть следствием теплового воздействия металла, когда поверхностные слои формы разогреваются и деформируются или отслаиваются, образуя в отливке вмятину. Ужимины также возникают из-за переуплотнения формы, ее повышенной влажности или неоправданно высокой температуры заливки металла.
Горячие трещины возникают в отливках при высокой температуре заливаемого металла, слабой податливости форм и стержней, при неправильной конструкции литников и прибылей. Холодные трещины являются следствием неравномерной усадки отливки в тонких и толстых ее частях.
Газовые раковины наблюдаются при чрезмерной влажности формовочной смеси, недостаточной вентиляции форм и стержней, сыром стержне, газонасыщенном металле, низкой температуре литья. Земляные раковины возникают при низкой прочности форм и стержней, смываемых струей заливаемого металла.
Шлаковые включения образуются при неправильной конструкции литниковой системы и заливке неочищенным от шлака металлом.
Усадочные раковины появляются при неправильной установке литников и прибылей, при высокой температуре заливки металла.
Основные способы исправления дефектов отливок — электро- и газовая сварка, заливка эпоксидной смолой, металлизация, механическая заделка. Дефектные места разделывают зубилами, высверливают и заваривают стальными, медными и медно-никелевыми электродами. Для снятия напряжений после заварки применяют отжиг отливок при 450—500 °С.
52 Обработка металов давлением.Классийикация металлов.
Обработка металов давлением – группа технологических процессов , в результате которых под влиянием приложенных внешних вил происходит изменение формы зоготовок без нарушения их сплошности.
Обработку металлов классафицируют по
Прокатка
Пресование
Волочение
Ковка
Штамповка
53. Обработка металов давлением.Прокат и его производство.
Обработка металов давлением – группа технологических процессов , в результате которых под влиянием приложенных внешних вил происходит изменение формы зоготовок без нарушения их сплошности.
Прокатка и его производство :
Прокатка - Обработка металов давлением – группа технологических процессов , в результате которых под влиянием приложенных внешних вил происходит изменение формы зоготовок без нарушения их сплошности.
Прокатка бывае: продольная , поперечная , поперечно –винтовая (косая)
54 . Обработка металов давлением.Прессование.
Обработка металов давлением – группа технологических процессов , в результате которых под влиянием приложенных внешних вил происходит изменение формы зоготовок без нарушения их сплошности
Прессование - вид обработки давлением, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие инструмента (матрицу), соответствующее сечению прессуемого профиля.
55. Обработка металлов давлением. Волочение.
Сущность процесса волочения заключается в протягивании заготовок через сужающееся отверстие (фильеру) в инструменте, называемом волокой. Конфигурация отверстия определяет форму получаемого профиля.
Волочением получают проволоку диаметром 0,002…4 мм, прутки и профили фасонного сечения, тонкостенные трубы, в том числе и капиллярные. Волочение применяют также для калибровки сечения и повышения качества поверхности обрабатываемых изделий. Волочение чаще выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию сопровождает наклеп, это используют для повышения механических характеристик металла, например, предел прочности возрастает в 1,5…2 раза.
Исходным материалом может быть горячекатаный пруток, сортовой прокат, проволока, трубы. Волочением обрабатывают стали различного химического состава, цветные металлы и сплавы, в том числе и драгоценные.
Основной инструмент при волочении – волоки различной конструкции. Волока работает в сложных условиях: большое напряжение сочетается с износом при протягивании, поэтому их изготавливают из твердых сплавов. Для получения особо точных профилей волоки изготавливают из алмаза.
Технологический процесс волочения включает операции:
Технологический процесс волочения осуществляется на специальных волочильных станах. В зависимости от типа тянущего устройства различают станы: с прямолинейным движением протягиваемого металла (цепной, реечный); с наматыванием обрабатываемого металла на барабан (барабанный). Станы барабанного типа обычно применяются для получения проволоки. Число барабанов может доходить до двадцати. Скорость волочения достигает 50 м/с.
56. Обработка металлов давлением. Ковка.
Ковка – способ обработки давлением, при котором деформирование нагретого (реже холодного) металла осуществляется или многократными ударами молота или однократным давлением пресса.
Первичной заготовкой для поковок являются:
Ковка может производиться в горячем и холодном состоянии.
Холодной ковке поддаются драгоценные металлы – золото, серебро; а также медь. Технологический процесс холодной ковки состоит из двух чередующихся операций: деформации металла и рекристаллизационного отжига. В современных условиях холодная ковка встречается редко, в основном в ювелирном производстве.
Горячая ковка применяется для изготовления различных изделий, а также инструментов: чеканов, зубил, молотков и т.п.
Материалом для горячей ковки являются малоуглеродистые стали, углеродистые инструментальные и некоторые легированные стали.
Операции ковки
Различают ковку предварительную и окончательную. Предварительная (или черновая) ковка представляет собой кузнечную операцию обработки слитка для подготовки его к дальнейшей деформации прокаткой, прессованием и т.п. Окончательная (чистовая ковка) охватывает все методы кузнечной обработки, с помощью которых изделию придают окончательную форму.
Предварительные операции
Биллетирование – превращение слитка в болванку или заготовку: включает сбивку ребер и устранение конусности.
Рубка – применяется для отделения от основной заготовки негодных частей или для разделения заготовки на части.
Рубка производится в холодном и горячем состоянии. В холодном состоянии рубят тонкие и узкие полосы и прутки сечением 15…20 мм. Более толстые заготовки нагревают.
Основные операции
Осадка – операция обработки давлением, в результате которой уменьшается высота и одновременно увеличиваются поперечные размеры заготовок.
Разновидностями осадки являются высадка и осадка разгонкой торца.
Высадка – кузнечная операция, заключающаяся в деформировании части заготовки (концевой части или середины).
Осадка разгонкой торца позволяет уменьшить высоту и увеличить площадь ранее осаженной заготовки.
Протяжка (вытяжка) – кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения.
Протяжка не только изменяет форму заготовок, но и улучшает качество металла. Операция заключается в нанесении последовательных ударов и перемещении заготовки, при этом между бойками во время удара находится только часть заготовки.
Разновидностями протяжки являются разгонка, протяжка с оправкой, раскатка на оправке.
Разгонка (расплющивание) – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины.
Протяжка на оправке – операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенки и уменьшения наружного диаметра.
Раскатка на оправке – операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.
Прошивка – операция получения в заготовке сквозных или глухих отверстий за счет вытеснения металла.
Гибка – операция придания заготовке или ее части изогнутой формы по заданному контуру.
Скручивание – операция, заключающаяся в повороте одной части поковки вокруг общей оси по отношению к другой ее части под определенным углом.
К скручиванию относится и свивание нескольких тонких прутков (проволок) в шнуры.
Оборудование для ковки
В качестве оборудования применяются ковочные молоты и ковочные прессы.
Оборудование выбирают в зависимости от режима ковки данного металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации. Необходимую мощность оборудования определяют по приближенным формулам или справочным таблицам.
Молоты – машины динамического ударного действия.
Различают молоты простого действия, когда пар или воздух только поднимают поршень, и двойного действия, когда энергоноситель создает дополнительное деформирующее усилие.
Прессы ковочные гидравлические – машины статического действия. Металл деформируется приложением силы, создаваемой с помощью жидкости (водной эмульсии или минерального масла), подаваемой в рабочий цилиндр пресса.
57. Обработка металлов давлением. Штамповка.
Штамповка — это способ обработки металла давлением, при котором форма получаемой поковки определяется внутренними очертаниями полости инструмента, называемого штампом.
Штамповка бывает объемная и листовая.
Объемная штамповка — это способ обработки давлением, при котором металл заготовки принудительно перераспределяется в полости штампа. Форма и размеры ручья (полости) штампа полностью соответствуют конфигурации изготовляемой поковки. Каждый штамп предназначен для получения поковок определенной конфигурации, размера и массы. Одним из основных технико-экономических показателей штамповки является стойкость штампа, оцениваемая количеством деталей, которое можно получить в штампе до выхода его из строя. Штампы обычно изготовляют из инструментальных легированных сталей марок Х12, 7X3, 6ХВГ, 5ХНМ и др. Для повышения стойкости рабочую часть штампа упрочняют различными способами диффузионной обработки, лазерной закалкой, плазменным напылением и др.
Объемная штамповка бывает горячая и холодная. Холодной штамповкой изготовляют сравнительно небольшие поковки, горячей — более крупные.
Горячая объемная штамповка значительно производительнее свободной ковки, а получаемые поковки отличаются более высокой точностью размеров, хорошим качеством поверхности, минимальными припусками, что снижает трудоемкость обработки в механических цехах. К недостаткам горячей объемнойштамповки следует отнести высокую стоимость штампов и относительно небольшую массу получаемых поковок (обычно не более 200...300 кг). Поэтому экономически целесообразно применять ее для изготовления сложных по форме заготовок ответственных деталей машин в условиях серийного и массового производства, когда сравнительно быстро окупаются затраты на изготовление штампов.
Основные технологические операции горячей объемной штамповки: разделка проката на мерные заготовки; нагревание заготовок; штамповка и термическая обработка поковок; обрубка и отделка. В качестве основного технологического оборудования применяют различные молоты и ковочные машины.
Существуют два основных способа объемной штамповки — штамповка в открытых и закрытых штампах (безоблойная штамповка).
В штампах может быть один (одноручьевые) или несколько ручьев (многоручьевые). Одноручъевые штампы применяют для изготовления поковок сравнительно простой формы. Поковки более сложной формы с резкими изменениями сечений получают в много-ручъевых штампах. В таких штампах форму исходной заготовки постепенно приближают к форме поковки, перекладывая заготовку последовательно из одного ручья штампа в другой.
Для достижения требуемых механических свойств и облегчения обработки в механических цехах поковки часто подвергают отжигу или нормализации. Кроме того, полученные поковки очищают от окалины, что облегчает контроль качества поверхности и уменьшает износ металлорежущего инструмента.
Листовая штамповка относится к числу наиболее прогрессивных способов изготовления тонкостенных деталей сложной формы. Полученные при этом изделия отличаются стабильностью качества и точностью. Кроме того, процессы листовой штамповки характеризуются высоким коэффициентом использования металла и возможностью применения простых и надежных методов механизации и автоматизации процесса.
Основные технологические операции листовой штамповки подразделяют на разделительные и формообразующие. К разделительным операциям относятся отрезание, вырубка, пробивка, обрезка, к формообразующим — гибка, вытяжка, отбортовка, обжим и формовка.
Исходным материалом для листовой штамповки служат листы, полосы и ленты из низкоуглеродистой стали, а также из цветных металлов и сплавов. Для резки листового металла на мерные куски, закладываемые в штампы, используются ножницы или прессы различных типов. Для экономии металла перед вырубкой составляется карта раскроя листа, на которой указывается наиболее рациональное расположение деталей.
Листовой холодной штамповкой изготовляют детали как достаточно крупных, так и небольших размеров. В частности, этот способ применяют для изготовления деталей обшивки автомобилей, автобусов, тракторов, самолетов, вагонов, а также деталей приборов, часовых механизмов, металлической посуды и др.
58. Горячая объёмная штамповка
Горячая объёмная штамповка — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический.
Применение объемной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приемами свободной ковки.
Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.
Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процесс деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют). Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность.
59. Обработка металлов давлением. Холодная штамповка.
Холодная штамповка, процесс обработки давлением листового или сортового металла, обычно осуществляемый без нагрева заготовки. При Холодной штамповке процесс изготовления деталей расчленяется на операции и переходы, выполняемые в специализированных штампах. Холодная штамповка сопровождается упрочнением, т. е. увеличением прочности металла и уменьшением его пластичности, затрудняющим деформирование в последующих операциях. Для устранения вредного влияния упрочнения применяют межоперационную термообработку (рекристаллизационный отжиг). Холодная штамповка позволяет получать детали высокой точности, с поверхностью хорошего качества, почти не требующие в процессе изготовления обработки резанием. Отсутствие нагрева при Холодной штамповке создаёт благоприятные предпосылки для механизации и автоматизации технологического процесса, что повышает производительность и улучшает условия труда
60. Обработка металлов давлением. Листовая штамповка.
Сущность способа заключается в процессе, где в качестве заготовки используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон. Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять к материалу заготовки достаточно высокие требования по пластичности.
При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60 % Cu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др. Листовую штамповку широко применяют в различных отраслях промышленности, особенно в таких, как авто-, тракторо-, самолето-, ракето- и приборостроение, электротехническая промышленность и др.
К преимуществам листовой штамповки относятся:
возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жёсткости;
достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием;
сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30—40 тыс. деталей в смену с одной машины);
хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производстве.
61. Сварочное производство. Виды сварки.
Сварка — это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и/или пластическом деформировании.Сварка применяется для соединения металлов и их сплавов.
В основу классификационной схемы всех разновидностей сварочных процессов могут быть положены различные признаки. Наиболее распространенными являются:
состояние металла в зоне сварки в момент ее осуществления;
вид энергии, используемой для выполнения сварки
В первом случае все способы сварки делятся на две крупные группы: сварка давлением и сварка плавлением. При сварке давлением сваривание деталей происходит с приложением давления, достаточного для создания пластической деформации в контакте. При всех способах сварки давлением тепловое воздействие на металл, как правило, значительно меньше, нежели при сварке плавлением, поэтому менее значительно изменение структуры и свойств основного металла рядом с местом соединения.
Способы сварки давлением имеют свою, часто ограниченную, область применения. Это объясняется необходимостью использовать большие давления; и свойствами свариваемых металлов. Особое значение при сварке давлением имеет чистота свариваемых поверхностей, и зачастую недостаточно одной лишь предварительной зачистки места сварки, а требуется применение усложняющих; технологию сварки приемов (травление, предохранение зачищенных поверхностей от образования окислов путем применения флюсов, защитных газов или вакуума).
При сварке плавлением металл в зоне соединения, как об этом было сказано выше;, расплавляется каким-либо источником теплоты. Этот источник должен обладать достаточной мощностью для обеспечения локального расплавления металла; источник перемещается вдоль линии сварки, обеспечивая последовательное расплавление кромок металла от участка к участку. При этом с увеличением сечения свариваемых деталей; не требуется применение громоздких сварочных машин. Расплавление металла практически всегда ведет за собой взаимодействие жидкого металла с окружающей воздушной средой посредством протекания металлургических реакций, что, как правило, приводит к ухудшению свойств закристаллизовавшегося металла. Появляется необходимость целенаправленного регулирования этих реакций и защиты расплавляемого металла.
Классификация по виду энергии, используемой для выполнения сварки, предусматривает деление всех существующих видов сварки на следующие группы: механическая, химическая, электрическая, электромеханическая, химико-механическая.
В первой группе используются механические виды энергии (давление), которые вызывают пластическую деформацию металла в зоне сваривания. К ней относится холодная сварка, сварка взрывом, сварка трением.
При использовании химической энергии нагрев металла до его расплавления происходит за счет теплоты, возникающей при протекании химических реакции. Здесь не требуется затрат механической энергии. Примером может служить ацетиленокислородная (газовая) сварка.
Все электрические виды сварки основаны на превращении электрической энергии в тепловую. Это превращение может осуществляться различными путями: за счет сварочной дуги, протекания тока через расплавленный шлак, индицирования тока различных частот, кинетической энергии пучка электронов либо квантов света. Эти способы имеют широкое распространение в промышленности (электродуговая сварка различных подвидов, электронно-лучевая сварка, лазерная сварка).
Электромеханические виды сварки основываются на нагреве металла для расправления из-за превращении электрической энергии в тепловую с последующей пластической деформацией путем приложения внешних сил (электрическая контактная сварка различных разновидностей).
Химико-механические способы основаны на комбинированном воздействии теплоты (за счет химических реакций) с последующим приложением внешних сил для пластического деформирования (кузнечная, газопрессовая сварка;).
62.Сварочное производство. Ручная электродуговая сварка
Ручная дуговая сварка.
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений в результате возникновения атомно-молекулярных связей между соединяемыми деталями при их нагреве и пластическом деформировании.
Сварные соединения можно получать двумя принципиально разными путями: сваркой плавлением и сваркой давлением.
Сварка является наиболее важным способом получения неразъемных соединений из различных материалов, свариваются металлы и сплавы, керамика, стекло, пластмассы, разнородные материалы. Сварка применяется во всех областях техники.
Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые подают вручную в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом (рис.17.2) дуга 8 горит между стержнем 7 электрода и основным металлом 1.
Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 6, образуя защитную газовую атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 3. Жидкий шлак образует твердую шлаковую корку 2.
Рис. 17.2. Схема процесса сварки металлическим покрытым электродом
Ручная сварка позволяет выполнять швы в любых пространственных положениях: нижнем, вертикальном, горизонтальном, вертикальном, потолочном. Ручная сварка удобна при выполнении коротких криволинейных швов в любых пространственных положениях, при выполнении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.
Оборудование для ручной сварки: источник питания дуги, электродержатель, гибкие провода, защитная маска или щиток.
63.Сварочное производство. Автоматическая дуговая сварка под флюсом
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений в результате возникновения атомно-молекулярных связей между соединяемыми деталями при их нагреве и пластическом деформировании.
Сварные соединения можно получать двумя принципиально разными путями: сваркой плавлением и сваркой давлением.
Сварка является наиболее важным способом получения неразъемных соединений из различных материалов, свариваются металлы и сплавы, керамика, стекло, пластмассы, разнородные материалы. Сварка применяется во всех областях техники.
Автоматическая дуговая сварка под флюсом.
Для сварки используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха.
Схема автоматической дуговой сварки под флюсом представлена на рис. 17.3.
Рис.17.3. Схема автоматической дуговой сварки под флюсом
Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва. Дуга 10 горит между проволокой 3 и основным металлом 8. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30…50 мм. Часть флюса плавится и образуется жидкий шлак 4, защищающий жидкий металл от воздуха. Качество защиты лучше, чем при ручной дуговой сварке. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны затвердевают с образованием сварного шва 7, покрытого твердой шлаковой коркой 6. Проволоку подают в дугу с помощью механизма подачи 2. Ток к электроду подводят через токопровод 1.
Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла.
Преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной: повышение производительности процесса сварки в 5…20 раз, повышение качества сварных соединений и уменьшение себестоимости 1 м сварного шва.
64.Сварочное производство. Электрошлаковая сварка
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений в результате возникновения атомно-молекулярных связей между соединяемыми деталями при их нагреве и пластическом деформировании.
Сварные соединения можно получать двумя принципиально разными путями: сваркой плавлением и сваркой давлением.
Сварка является наиболее важным способом получения неразъемных соединений из различных материалов, свариваются металлы и сплавы, керамика, стекло, пластмассы, разнородные материалы. Сварка применяется во всех областях техники.
Электрошлаковая сварка.
Сущность процесса заключается в том, что тепловую энергию, необходимую для расплавления основного и присадочного металла, дает теплота, выделяемая в объеме шлаковой ванны при прохождении через нее тока (рис. 17.4).
Рис.17.4. Схема электрошлаковой сварки
Свариваемые заготовки 1 устанавливают в вертикальном положении. В замкнутое пространство между водоохлаждаемыми медными ползунами 4 и вертикально установленными кромками изделий засыпают флюс и подают электродную проволоку 7 при помощи специального механизма подачи 6.
В начале процесса возбуждают дугу, флюс плавится и образуется электропроводный шлак 5. Шлак шунтирует дугу, она гаснет, выходная цепь источника питания замыкается через шлак. Ток, проходя через шлак, разогревает его, это приводит к раславлению кромок основного металла и электрода. Расплав стекает вниз и образует сварочную ванну 8, выжимая шлак вверх, и затвердевает.
В начальном и конечном участках шва образуются дефекты: в начале шва – непровар кромок, в конце шва – усадочная раковина и неметаллические включения. Поэтому сварку начинают и заканчивают на специальных планках 2 и 3, которые затем удаляют газовой резкой.
Преимущества: возможна сварка металла любой толщины (с 16 мм). Заготовки с толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом, совершающим поперечное колебание в плоскости стыка, при толщине более 150 мм используются нескольких проволок. Есть опыт сварки толщиной до 2 м.
Недостаток способа – образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. Необходимо проведение термической обработки: нормализации или отжига для измельчения зерна.
Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций; станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т.п.
65.Контактная сварка. Газовая сварка
Газовая сварка
При газовой сварке заготовки 1 и присадочный материал 2 в виде прутка или проволоки расплавляют высокотемпературным пламенем 4 газовой горелки 3 (рис. 17.6).
Рис. 17.6. Схема газовой сварки
Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода. Мощность пламени регулируют сменой наконечников горелки.
Нагрев заготовки осуществляется более плавно, чем при дуговой сварке, поэтому газовую сварку применяют для сварки металла малой толщины (0,2…3 мм), легкоплавких цветных металлов и сплавов; металлов и сплавов, требующих постепенного нагрева и охлаждения (инструментальные стали, латуни); для подварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках. При увеличении толщины металла снижается производительность и увеличивается деформация.
Контактная сварка
Сварные соединения получаются в результате нагрева деталей проходящим через них током и последующей пластической деформации зоны соединения.
Сварка осуществляется на машинах, состоящих из источника тока, прерывателя тока и механизмов зажатия заготовок и давления.
По виду получаемого соединения контактную сварку подразделяют на точечную, шовную, стыковую. Схемы контактной сварки представлены на рис. 18.1.
Рис. 18.1. Схемы контактной сварки:
а – стыковой; б – точечной; в – шовной
Стыковая контактная сварка (рис.18.1.а) – способ соединения деталей по всей плоскости их касания.
Точечная сварка (рис.18.1.б) – способ изготовления листовых или стержневых конструкций, позволяющий получить прочные соединения в отдельных точках.
Шовная сварка (рис.18.1.в) – способ соединения деталей швом, состоящим из отдельных сварных точек.
66.Особые способы сварки: плазменная, лазерная,диффузионная,сварка трением,сварка взрывом.
Лазерная способ сварки
Электронно-лучевая сварка.
Сущность процесса состоит в том, что свариваемые детали, собранные без зазора, помещают в вакуумную камеру и подают на них электродный луч – пучок электронов, движущихся с большой скоростью. При соударении с изделием электроны тормозятся, их кинетическая энергия переходит в тепловую энергию и расплавляет металл. Температура в месте соударения достигает 5000…6000 0С. Перемещая электронный луч вдоль стыка, получают сварной шов.
Электроны, испускаемые катодом 1 электронной пушки, формируются в пучок электродом 2, расположенным непосредственно за катодом, ускоряются под действием разности потенциалов между катодом и анодом 3, составляющей 20…150 кВ и выше, затем фокусируются в виде луча и направляются специальной отклоняющей магнитной системой 5 на обрабатываемое изделие 6. На формирующий электрод 2 подается отрицательный или нулевой по отношению к катоду потенциал. Фокусировкой достигается высокая удельная мощность луча. Ток электронного луча невелик – от нескольких миллиампер до единиц ампер.
Процессу электронно-лучевой сварки присущи две характерные особенности:
Электронно-лучевой сваркой изготовляют детали из тугоплавких, химически активных металлов и их сплавов (вольфрамовых, танталовых, молибденовых, ниобиевых, циркониевых), а также алюминиевых и титановых сплавов и высоколегированных сталей. Металлы и сплавы можно сваривать в однородных и разнородных сочетаниях, со значительной разностью толщин, температур плавления. Минимальная толщина свариваемых заготовок составляет 0,02 мм, максимальная – до 100 мм.
Лазерная сварка.
Лазерная сварка – способ сварки плавлением, при которых металл нагревают излучением лазера.
Лазерный луч представляет собой вынужденное монохроматическое излучение, длина волны которого зависит от природы рабочего тела лазера-излучателя. Оно возникает в результате вынужденных скачкообразных переходов возбужденных атомов рабочих тел на более низкие энергетические уровни.
Основными параметрами режимов лазерной обработки являются мощность излучения, диаметр пятна фокусировки, скорость перемещения обрабатываемого материала относительно луча.
Преимуществом лазерной сварки является быстрый точечный нагрев металла до плавления. Интенсивный сосредоточенный нагрев обуславливает и чрезвычайно большую скорость охлаждения после прекращения воздействия луча. Это позволяет свести к минимуму ширину околошовной зоны, сварочные напряжения и деформации.
Механизм процессов при лазерной сварке схож с электронно-лучевой сваркой, но не обязательно вакуумировать изделие.
Лазером сваривают преимущественно толщины до 1 мм, так как коэффициент полезного действия преобразования энергии в лазерное излучение довольно низкий.
Плазменная сварка
Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частиц или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…200000С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.
Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги и плазменную дугу, в которых дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.
Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты, позволяющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления поверхности заготовок. Тепловая мощность плазменной струи ограничена, и ее применяют для сварки и резки тонких металлических листов и неэлектропроводящих материалов, для напыления тугоплавки материалов.
Плазменная дуга обладает большой тепловой мощностью, имеет более широкое применение: для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама. Плазменную дугу применяют для резки материалов (меди, алюминия), наплавки тугоплавких материалов на поверхность.
Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного материала. Так как плазменная дуга обладает высокой стабильностью, то обеспечивается повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.
Недостаток плазменной сварки – недолговечность горелок.
Диффузионная сварка
Диффузионная сварка – способ сварки давлением в вакууме приложением сдавливающих сил при повышенной температуре.
Свариваемые детали тщательно зачищают, сжимают, нагревают в вакууме специальным источником тепла до температуры рекристаллизации (0,4 Тпл), и длительно выдерживают. В начальной стадии процесса создаются условия для образования металлических связей между соединяемыми поверхностями. Низкое давление способствует удалению поверхностных пленок, а высокая температура и давление приводят к уменьшению неровностей поверхностей и сближению их до нужного расстояния. Затем протекают процессы диффузии в металле, образуются промежуточные слои, увеличивающие прочность соединения. Соединения получают при небольшой пластической деформации. Изменение размеров мало.
Сварка может осуществляться в среде инертных и защитных газов: гелий, аргон, водород.
Способ применяется для соединения металлов, металлов и полупроводников, а также других неметаллических материалов.
Диффузионная сварка широко применяется в космической технике, в электротехнической, радиотехнической и других отраслях промышленности.
Сварка трением
Сварка трением – способ сварки давлением при воздействии теплоты, возникающей при трении свариваемых поверхностей.
Свариваемые заготовки устанавливают соосно в зажимах машины, один из которых неподвижен, а другой может совершать вращательное и поступательное движения. Заготовки сжимаются осевым усилием, и включается механизм вращения. При достижении температуры 980…1300 0С вращение заготовок прекращают при продолжении сжатия.
Иногда сварку трением производят через промежуточный вращаемый элемент или заменяют вращательное движение вибрацией.
Сваркой трением можно сваривать заготовки диаметром 0,75…140 мм.
Преимущества способа: простота, высокая производительность, малая энергоемкость, стабильность качества соединения, возможность сварки заготовок из разнородных материалов.
Осуществляется сварка на специальных машинах.
Сварка взрывом
Большинство технологических схем сварки взрывом основано на использовании направленного взрыва.
Соединяемые поверхности заготовок, одна из которых неподвижна и служит основанием, располагают под углом друг к другу на определенном расстоянии. На вторую заготовку укладывают взрывчатое вещество и устанавливают детонатор. Сварку осуществляют на жесткой опоре. При соударении двух деталей под действием ударной волны, движущихся с большой скоростью, между ними образуется кумулятивная струя, которая разрушает и уносит оксидные поверхностные пленки и другие загрязнения. Поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил, и происходит схватывание по всей площади соединения. Продолжительность сварки несколько микросекунд.
Прочность соединений, выполненных сваркой взрывом, выше прочности соединяемых материалов.
Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок для проката биметалла, плакировке поверхностей конструкционных сталей металлами и сплавами со специальными свойствами, при сварке заготовок из разнородных материалов. Целесообразно сочетание сварки взрывом со штамповкой и ковкой.
67.Виды сварочных соединений и швов.Термические процессы в сварочном производстве.
Тип сварного соединения
Основными преимуществами сварных соединений являются: экономия металла; снижение трудоемкости изготовления корпусных деталей; возможность изготовления конструкций сложной формы из отдельных деталей, полученных ковкой, прокаткой, штамповкой.
Сварным конструкциям присущи и некоторые недостатки: появление остаточных напряжений; коробление в процессе сварки; плохое восприятие знакопеременных напряжений, особенно вибраций; сложность и трудоемкость контроля.
Тип сварного соединения определяют взаимным расположением свариваемых элементов и формой подготовки (разделки) их кромок под сварку.
В зависимости расположения соединяемых деталей различают четыре основных типа сварных соединений: стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые
Кромки разделывают в целях полного провара заготовок по сечению, что является одним из условий равнопрочности сварного соединения с основным металлом.
По характеру выполнения сварные швы могут быть односторонние и двухсторонние.
Специальные термические процессы в сварочном производстве
Наплавка – процесс нанесения слоя металла или сплава на поверхность изделия.
Наплавка позволяет получать детали с поверхностью, отличающейся от основного металла, например жаростойкостью и жаропрочностью, высокой износостойкостью при нормальных и повышенных температурах, коррозионной стойкостью и т.п. Наплавка может производиться как при изготовлении новых деталей, так и в ремонтно-восстановительных работах, существенно удлиняя срок эксплуатации деталей и узлов, обеспечивая этим высокий экономический эффект.
Существуют разнообразные способы наплавки.
Существенным показателем эффективности того или иного способа наплавки является степень перемешивания при наплавке основного металла и присадочного: чем она меньше, тем ближе будут свойства наплавленного слоя к заданным.
Напыление
При напылении расплавленные по всему объему или по поверхности частицы материала будущего покрытия направляются на поверхность нагретой заготовки. При соударении с поверхностью частица деформируется, обеспечивая хороший физический контакт с деталью. Характер взаимодействия частицы с материалом подложки, последующая кристаллизация частиц определяет качество адгезии покрытия с подложкой. Последующие слои формируются уже за счет связей частиц друг с другом, имеют чешуйчатое строение и существенно неоднородны.
По мере повышения стоимости объемного легирования и стремления получить требуемые эксплуатационные свойства более экономичным способом (легированием поверхности) напыление становится все более предпочтительным.
Для напыления используют источники тепла: газовое пламя, плазму, ионный нагрев, нагрев в печах, лазер и др.
Наибольшее распространение получили процессы газопламенного и плазменного напыления. Материал для напыления подается в пламя горелки или плазменную дугу в виде проволоки или порошка, где происходит нагрев и распыление частиц, которые тепловым потоком источника нагрева разгоняются и попадают на поверхность напыляемой детали. Иной способ формирования покрытий при нагреве в печах. В этом случае нагретая деталь контактирует с материалом покрытия, находящимся в виде порошка или газовой фазы. Получаемое таким методом покрытие имеет высокую адгезию к поверхности детали за счет активных диффузионных процессов, происходящих в период длительной выдержки в печи при высокой температуре.
Все большее распространение получают ионно-плазменные методы напыления износостойких и декоративных покрытий.
Пайка
Пайка – процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Расплавленный припой затекает в специально создаваемые зазоры между деталями и диффундирует в металл этих деталей. Протекает процесс взаимного растворения металла деталей и припоя, в результате чего образуется сплав, более прочный, чем припой.
Образование соединения без расплавления основного металла обеспечивает возможность распая соединения.
Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и др.) зависят от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, типа соединения.
Припой должен хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью, быть дешевым и недефицитным. Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. По температуре плавления припои подразделяют на особо легкоплавкие (температура плавления ниже 145 0С), легкоплавкие (145…450 0С), среднеплавкие (450…1100 0С) и тугоплавкие (выше 1050 0С). К особо легкоплавким и легкоплавким припоям относятся оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, олова, цинка, свинца. К среднеплавким и тугоплавким относятся припои медные, медно-цинковые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной). Припои изготавливают в виде прутков, листов, проволок, полос, спиралей, дисков, колец, зерен, которые укладывают в место соединения.
При пайке применяются флюсы для защиты места спая от окисления при нагреве сборочной единицы, обеспечения лучшей смачиваемости места спая расплавленным металлом и растворения металлических окислов. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее применимы флюсы: бура, плавиковый шпат, борная кислота, канифоль, хлористый цинк, фтористый калий.
Пайку точных соединений производят без флюсов в защитной атмосфере или в вакууме.
В зависимости от способа нагрева различают пайку газовую, погружением (в металлическую или соляную ванну), электрическую (дуговая, индукционная, контактная), ультразвуковую.
В единичном и мелкосерийном производстве применяют пайку с местным нагревом посредством паяльника или газовой горелки.
В крупносерийном и массовом производстве применяют нагрев в ваннах и газовых печах, электронагрев, импульсные паяльники, индукционный нагрев, нагрев токами высокой частоты.
Перспективным направлением развития технологии пайки металлических и неметаллических материалов является использование ультразвука. Генератор ультразвуковой частоты и паяльник с ультразвуковым магнитострикционным вибратором применяются для безфлюсовой пайки на воздухе и пайке алюминия. Оксидная пленка разрушается за счет колебаний ультразвуковой частоты.
Процесс пайки включает: подготовку сопрягаемых поверхностей деталей под пайку, сборку, нанесение флюса и припоя, нагрев места спая, промывку и зачистку шва.
Детали для пайки тщательно подготавливаются: их зачищают, промывают, обезжиривают.
Зазор между сопрягаемыми поверхностями обеспечивает диффузионный обмен припоя с металлом детали и прочность соединения. Зазор должен быть одинаков по всему сечению.
Припой должен быть зафиксирован относительно места спая. Припой закладывают в месте спая в виде фольговых прокладок, проволочных контуров, лент, дроби, паст вместе с флюсом или наносят в расплавленном виде. При автоматизированной пайке – в виде пасты с помощью шприц-установок.
При возможности предусматриваются средства механизации – полуавтоматы и автоматы для газовой, электрической пайки.
Паяные соединения контролируют по параметрам режимов пайки, внешним осмотром, проверкой на прочность или герметичность, методами дефекто- и рентгеноскопии.
68.Обработка металлов резанием. Классификация движений в металлорежущих станках.
Общая характеристика размерной обработки
Механическая обработка поверхностей заготовок является одной из основных завершающих стадий изготовления деталей машин.
Одна из актуальных задач машиностроения – дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок деталей машин, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей машин.
Наряду с обработкой резанием применяют методы обработки пластическим деформированием, с использованием химической, электрической, световой, лучевой и других видов энергии.
Классификация движений в металлорежущих станках
Обработка металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаимного расположения и шероховатости поверхностей детали.
Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщать относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают на рабочих органах станков, обеспечивающих движение.
Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя материала или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания:
Движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по характеру – вращательными, поступательными, возвратно-поступательными.
Движения подачи: продольное, поперечное, вертикальное, круговое, окружное, тангенциальное.
В процессе резания на заготовке различают поверхности (рис.19.1.а):
Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя металла.
Вспомогательные движения – транспортирование заготовки, закрепление заготовки и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов.
При назначении режимов резания определяют скорости главного движения резания и подачи, и глубину резания.
69. Классификация металлорежущих станков.
По общности технологического метода обработки различают станки: токарные, фрезерные, сверлильные и др.
По назначению различают станки: широкоуниверсальные, универсальные, широкого назначения, специализированные, специальные.
Универсальные станки обрабатывают разнотипным инструментом различающиеся по размерам, форме и расположению поверхностей заготовки.
Широкоуниверсальные – предназначены для выполнения особо широкого разнообразия работ.
Станки широкого назначения характеризуются однотипностью применяемого инструмента.
Специализированные станки предназначены для обработки однотипных заготовок различных размеров.
Специальные станки предназначены для выполнения определенных видов работ на заготовках одинаковых размеров и конфигурации.
В общегосударственной единой системе (ЭНИМС) станки разделяются на 10 групп и 10 типов. В группы объединены станки одинаковые или схожие по технологическому методу обработки. Типы характеризуют их назначение, степень автоматизации, компоновку.
70. Механическая обработка. Точение.
Точение является основным способом обработки поверхностей тел вращения.
Процесс резания осуществляется на токарных станках при вращении обрабатываемой заготовки (главное движение) и перемещении резца (движение подачи).
Движение подачи осуществляется:
С помощью точения выполняют операции: обтачивание – обработку наружных поверхностей; растачивание – обработку внутренних поверхностей; подрезание – обработку торцевых поверхностей; резку – разрезание заготовки на части; резьбонарезание – нарезание резьбы.
По технологическим возможностям точение условно подразделяют на: черновое, получистовое, чистовое, тонкое.
В качестве режущего инструмента при точении используют резцы.
Главным принципом классификации резцов является их технологическое назначение.
Различают резцы:
По характеру обработки – черновые, получистовые, чистовые.
По направлению движения подачи – правые и левые (справа на лево и слева на право).
По конструкции – целые, с приваренной или припаянной пластиной, со сменными пластинами.
71. Механическая обработка. Сверление.
Сверление является основным способом получения глухих и сквозных цилиндрических отверстий в сплошном материале заготовки.
В качестве инструмента при сверлении используется сверло, имеющее две главные режущие кромки.
Для сверления используются сверлильные и токарные станки.
На сверлильных станках сверло совершает вращательное (главное) движение и продольное ( движение подачи) вдоль оси отверстия, заготовка неподвижна.
При работе на токарных станках вращательное (главное движение) совершает обрабатываемая деталь, а поступательное движение вдоль оси отверстия (движение подачи) совершает сверло.
Диаметр просверленного отверстия можно увеличить сверлом большего диаметра. Такие операции называются рассверливанием.
При сверлении обеспечиваются сравнительно невысокая точность и качество поверхности.
Для получения отверстий более высокой точности и чистоты поверхности после сверления на том же станке выполняются зенкерование и развертывание.
Зенкерование – обработка предварительно полученных отверстий для придания им более правильной геометрической формы, повышения точности и снижения шероховатости. Многолезвийный режущим инструментом – зенкером, который имеет более жесткую рабочую част, отсутствует ! число зубьев не менее трех.
Развертывание – окончательная обработка цилиндрического или конического отверстия разверткой в целях получения высокой точности и низкой шероховатости. Развертки – многолезвийный инструмент, срезающий очень тонкие слои с обрабатываемой поверхности.
72. Механическая обработка. Протягивание.
Протягивание является высокопроизводительным методом обработки деталей разнообразных форм, обеспечивающим высокую точность формы и размеров обрабатываемой поверхности. Применяется протягивание в крупносерийном производстве.
При протягивании используется сложный дорогостоящий инструмент – протяжка. За каждым формообразующим зубом вдоль протяжки изготавливается ряд зубьев постепенно увеличивающейся высоты.
Процесс резания при протягивании осуществляется на протяжных станках при поступательном главном движении инструмента относительно неподвижной заготовки за один проход.
Движение подачи отсутствует. Протяжные станки предназначены для обработки внутренних и наружных поверхностей. По направлению главного движения различают станки: вертикальные и горизонтальные.
Отверстия различной геометрической формы протягивают на горизонтально-протяжных станках для внутреннего протягивания. Размеры протягиваемых отверстий составляют 5…250 мм.
Цилиндрические отверстия протягивают крупными протяжками после сверления, растачивания или зенкерования, а также литые или штампованные отверстия. Длина отверстий не превышает трех диаметров. Для установки заготовки с необработанным торцом применяют приспособление со сферической опорной поверхностью (может самоустанавливаться по оси инструмента), либо упор в жесткую поверхность.
Шпоночные и другие пазы протягивают протяжками, форма зубьев которых в поперечном сечении соответствует профилю протягиваемого паза, с применением специального приспособления – направляющей втулки.
Наружные поверхности различной геометрической формы протягивают на вертикально-протяжных станках для наружного протягивания.
73. Механическая обработка.Фрезирование.
Механическая обработка — обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам, а также требуемым показателям качества изделия или заготовки для последующих технологических операций.
Фрезерование — высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении — заготовка
74. Механическая обработка.Шлифование.
Механическая обработка — обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам, а также требуемым показателям качества изделия или заготовки для последующих технологических операций.
Шлифование — процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.
75. Финишная обработка поверхностей деталей.
Финишная обработка может проводиться механическим или химическим способом:
-абразивно-экструзионную операцию;
-дорнирование;
-химико-механическую операцию;
-хонингование (для вн. пов. тел вращ);
-электролитно-плазменную полировку.
-виброабразивную операцию;