Прогресивні технології обробки металів

 

 

Державний вищий навчальний заклад

«Українська академія банківської справи

Національного банку України»

Кафедра менеджменту

 

 

 

 

 

Прогресивні технології обробки металів

 

 

 

 

                                           Реферат

Виконала:

студентка групи Ф-03

Шелудченко О.М.

 

Перевірив:

доц. Мартиненко В.О.

 

 

 

 

СУМИ – 2011 
Зміст

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Розвиток народного господарства країни значною мірою визначається зростанням обсягу виробництва металів, розширенням асортименту виробів з металів і сплавів та підвищенням їх якісних показників. Знання закономірностей обробки металів допомагає вибирати найбільш оптимальні режими технологічних процесів, необхідне основне й допоміжне обладнання та технічно грамотно його експлуатувати.

Метали разом із здатністю деформуватися володіють також високими міцністю та в'язкістю, хорошими тепло-і електропровідність. При сплаву металів в залежності від властивостей складових компонентів створюються матеріали з високою жаростійкістю, кислототривкі, магнітними й іншими корисними властивостями.

Використання металів людиною почалося в глибокій давнині (більше п'яти тисячоліть до н. е..). Спочатку знаходили застосування кольорові метали (мідь, сплави міді, золото, срібло, олово, свинець та інші), пізніше почали застосовувати чорні - залізо та сплави на його основі.

Тривалий час виробництво металів носило примітивний характер і за обсягом було досить незначним. Проте наприкінці XIX ст. світова виплавка сталі різко зросла з 0,5 млн. т в 1870 р. до 28 млн. т в 1900 р. Ще в більшому обсязі зростає металургійна промисловість в XX столітті. Поряд зі збільшенням виплавки сталі з'явилася необхідність організувати у великих масштабах отримання міді, цинку, вольфраму, молібдену, алюмінію, магнію,титану, берилію, літію та інших металів.

 

 

 

 

1.Обробка металів тиском

Обробка металів тиском являє собою важливий технологічний процес металургійного виробництва. При цьому забезпечується не тільки надання зливка або заготівлі необхідної форми і розмірів, але разом з іншими видами обробки істотно поліпшуються механічні та інші властивості металів.

Прокатка, волочіння, пресування, кування, штампування представляють собою різні види обробки металів тиском в пластичному стані.

Серед різних методів пластичної обробки прокатка займає особливе положення, оскільки таким способом виробляють вироби, придатні для безпосереднього (у стані поставки) використання в будівництві та машинобудуванні (шпунт, рейки, профілі сільськогосподарського машинобудування та ін.) Прокаткою отримують також різноманітні види заготовок, які є вихідним матеріалом для інших способів обробки. Розвиток прокатного виробництва грунтується на застосуванні принципу безперервності самого процесу і всіх технологічних операцій (прокатка,термічна обробка, обробка та ін.) У даному випадку велику роль грає впровадження досягнень обчислювальної техніки та автоматизації на цій основі технологічних процесів.

Тривалий час пластичну обробку розглядали в основному як операцію формування, хоча відомо, що 10 ... 20% енергії, затрачуваної на деформацію, іде на збільшення внутрішньої енергії дефектів кристалічної решітки. Перед остаточним термічною обробкою від цієї накопиченої енергії звільнялися і тільки після цього виконували термічні операції, що приводили метал до Метастабільний стан з високою міцністю та в'язкістю. Тим часом поєднання пластичної деформації і фазових (структурних) перетворень або їх поєднання в певній послідовності викликає підвищення щільності дислокації,змінює наявність вакансій і дефектів упаковки і може бути використане для створення оптимальної структури металу і формування найважливіших властивостей --міцності і в'язкості. Це поєднання пластичної деформації і термічного впливу, метою якого є формування необхідної структури оброблюваного тіла, називають термомеханічної обробкою (ТМО).

При ТМО обидва процеси - пластична деформація і термічна обробка  
- можуть поєднуватися в одній технологічної операції, але можуть проводитися з розривом у часі. Однак фазові перетворення при цьому повинні виконуватися в умовах підвищеної щільності дефектів решітки, що виникають завдяки пластичної деформації металу. В умовах ТМО поєднання пластичної та термічної обробок для різних матеріалів визначається вихідним структурним станом, чутливістю до цих дій і наслідків впливу.

ТМО стали виконується головним чином за трьома схемами:високотемпературна (ВТМО), низькотемпературна (НТМО) і попередня термомеханічна обробка (ПТМО).

ВТМО - термообробка з деформаційного нагріву з подальшим низьким відпусткою. Контрольована прокатка, будучи різновидом ВТМО,являє собою ефективний спосіб підвищення міцності, пластичності та в'язкості низьколегованих сталей. Основна ідея цього виду обробки полягає в підборі режимів прокатки та охолодження після прокатки, що забезпечує одержання дрібного і однорідного зерна в готовому прокаті.  
Найбільш успішно це досягається зниженням температури прокатки в останніх трьох - п'яти проходах до 780 ... 850 ° С при збільшенні ступеня деформації до 15 ... 20% і вище за прохід.

НТМО полягає в нагріванні сталі до 1000 ... 1100 ° С, швидкому охолодженні до температури метастабільного стану аустеніту (400 ... 600 ° С) і високого ступеня (до 90% і вище) деформації при цій температурі. Після цього виконується гарт на мартен сів і відпуск при 100 ... 400 ° С. Цей спосіб застосуємо до легованих сталей.

2.Волочіння металлу

 

Волочіння металу - це протягування вироби круглого або фасонного профілю через отвір волочильного очки (волочу), площа вихідного перетину якого менше площі перетину вихідного вироби. Волочіння виконується тяговим зусиллям, доданим до переднього кінця оброблюваної заготовки. Цим способом отримують дріт всіх видів, прутки з високою точністю поперечних розмірів і труби різноманітних перерізів.

Обробка металу волочінням знаходить широке застосування в металургійної, кабельної та машинобудівної промисловості. Волочінням отримують дріт з мінімальним діаметром 0,002 мм, прутки діаметром до  
100 мм, причому не тільки круглого перетину, труби головним чином невеликого діаметру і з тонкою стінкою. Волочінням обробляють стали різноманітного хімічного складу, прецизійні сплави, а також практично всі кольорові метали (золото, срібло, мідь, алюміній, і ін) та їх сплави. Вироби,отримані волочінням, мають високу якість поверхні і високої точністю розмірів поперечного перерізу. Якщо виробу потрібно надати в основному ці характеристики, то такий вид обробки називають калібруванням.

Волочіння найчастіше виконують при кімнатній температурі, коли пластичну деформацію більшості металів супроводжує наклеп. Це властивість в сукупності з термічною обробкою, використовують для підвищення деяких механічних характеристик металу. Так, наприклад, арматур на дріт діаметром 3 ... 12 мм з вуглецевої конструкційної, стали  
(0,70 ... 0,90% С) при виробництві її волочінням забезпечує межа міцності 1400 ... 1900 МПа і межа плинності 1200 ... 1500 МПа.

Волочіння вигідно відрізняється від механічної обробки металу різанням  
(струганням), фрезеруванням, обточуванням і пр., тому що при цьому відсутні відходи металу у вигляді стружки, а сам процес помітно продуктивніше і менш трудомісткий.

3.Термічна і хіміко-термічна обробка металів. Термічна обробка сталі

Відпалювання — нагрівання стального виробу до температури 600—900° (залежно від марки сталі) і охолодження разом з піччю, його застосовують при виготовленні із загартованого виробу іншого або ж коли попереднє загартування було невдале й інструмент потрібно знову загартувати. Якщо гартувати невідпалені деталі, то в них можуть виникнути тріщини, структура металу стане неоднорідною, що різко погіршує якість виробу. Дрібні деталі відпалюють, нагріваючи на масивних розжарених стальних штабах, з якими їх охолоджують. Інколи виріб нагрівають ацетиленовим пальником, який поступово віддаляють від виробу, даючи останньому можливість охолонути.

Нормалізація — це нагрівання стальних виробів до відповідної температури і охолодження на повітрі.

Гартування — нагрівання вуглецевих або легованих сталей до певної температури і швидке охолодження. У результаті цього змінюється кристалічна структура металу — він стає твердішим і більш антикорозійним. Маловуглецеві сталі з вмістом вуглецю до 0,3 % не гартуються. Залежно від марки сталь нагрівають до певної температури. Так, сталі У7, У7А нагрівають до 770—790°; У8—У13А — до 760—780; Р9—Р18К5Ф2 —до 1235 — 1280 °С. При нагріванні вище цієї температури сталь втрачає свої властивості. Це також стосується відпалювання та відпускання.

У невеликих майстернях або в домашніх умовах температуру визначають за кольором розжарювання (у затіненому місці), якого набуває виріб під час нагрівання:

Темно-коричневий (колір розжарювання) - температура 530-580°С 
Коричнево-червоний (колір розжарювання) - температура 580-650°С 
Темно-червоний (колір розжарювання) - температура 650-730°С 
Темно-вишнево-червоний (колір розжарювання) - температура 730-770°С 
Вишнево-червоний (колір розжарювання) - температура 770-800°С 
Ясно-вишнево-червоний (колір розжарювання) - температура 800-830°С 
Ясно-червоний (колір розжарювання) - температура 830-900°С 
Оранжевий (колір розжарювання) - температура 900-1050°С 
Темно-жовтий (колір розжарювання) - температура 1050-1150°С 
Ясно-жовтий (колір розжарювання) - температура 1150-1250°С 
Яскраво-білий (колір розжарювання) - температура 1250-1350°С

Дрібні вироби, щоб не перепалити, краще нагрівати на попередньо нагрітій металевій підставці (наприклад, штабі). Температура нагрівання її є температурою нагрівання виробу. Швидке охолодження призводить до твердого загартування, внаслідок чого можуть виникнути великі внутрішні напруги і навіть тріщини.

Повільне охолодження може не дати потрібного по твердості загартування. Охолодними середовищами можуть бути вода (звичайної температури і нагріта до температури 50—70°С), водні розчини, масло і повітря.

Рівномірно і досить швидко сталь охолоджується у 8—12 процентному водному розчині кухонної солі або їдкого натру при температурі 20°С. Деякі сталі для кращого загартування охолоджують у ЗО %-ному розчині їдкого натру. Як охолодне середовище можна застосовувати розплавлені солі калієвої або натрієвої селітри.

Нагрівання масла до 60—90°С не зменшує швидкості охолодження, тобто його гартувальна здатність не зменшується. Охолодним середовищем для сталей може бути повітря (для тонких деталей) або повітря під тиском (від вентилятора, компресора). Деякі плоскі деталі (ножі) з нержавіючої сталі охолоджують між двома металевими штабами.

Відпускання — нагрівання деталей до певної температури, витримування при цій температурі і швидке охолодження, його застосовують після охолодження деталі в процесі гартування, щоб зменшити крихкість і частково твердість. € три види відпускання: низьке, середнє і високе відповідно в інтервалі температур до 350 °С, 350—500 і 500—680 °С. Найпоширеніше низьке відпускання. Нагрівання до 170 °С тільки знімає внутрішні напруги, але не змінює твердості сталі. Температуру нагрівання при відпусканні визначають за спеціальним термометром, а якщо його немає, то за кольорами мінливості, тобто кольорами окисної плівки, що виникає на зачищеній поверхні виробу під час нагрівання: При появі, бажаного кольору в процесі нагрівання деталь відразу ж охолоджують. У легованих сталей кольори мінливості з'являються прц температурах на 12—17 °С нижчих від звичайних.

Не маючи достатнього досвіду, нагрівати загартовані вироби для відпускання найкраще на розплавленому свинці, олові, цинку (для пружин) або в розплавленій суміші (порівну) калієвої і натрієвої селітри. Це гарантує швидке і рівномірне нагрівання та його сталу температуру.

В умовах сільських кузень відпускання поєднують з охолодженням. Для цього нагрітий робочий кінець інструменту занурюють під час гартування на 20—25 мм у воду і тримають, поки метал не потемніє. Потім інструмент виймають з води, швидко зчищають з охолодженої частини окалину напилком або куском шліфувального круга. Як тільки з'явиться потрібний колір мінливості, інструмент занурюють у воду спочатку наполовину, а потім повністю і тримають до охолодження.

 
        3.1.Термічна обробка кольорових металів

 

 

Кольорові метали здебільшого термічно обробляють для зручності роботи з ними. Мідь відпалюють, нагріваючи її до температури 500—650 °С, і охолоджують у воді. Якщо м'яку мідь нагріти, а потім поступово охолодити на повітрі, то вона твердішає.  Латунь і алюміній відпалюють при нагріванні відповідно до 600—750 °С і 350—410 °С з наступним охолодженням на повітрі. Бронзу гартують нагріванням до 800—850 °С і охолодженням у воді. Якщо її нагріти до тієї ж температури і охолодити на повітрі, то вона відпускається. Дюралюміній Д1 і Д6 гартують нагріванням до 490—500 °С і охолодженням у воді. Проте твердне він (старіє) при кімнатній температурі не зразу, а через 4—5 днів. Відпалюють дюралюміній (для згинання під прямим кутом) при нагріванні до 350— 400 °С з охолодженням на повітрі.

Хіміко-термічна обробка сталі змінює не лише структуру металу, а й хімічний склад його поверхневого шару. Завдяки цьому деталь може мати в'язку серцевину, яка витримує ударні навантаження, і високу твердість та стійкість проти спрацювання зовні.