Механическая обработка металлов - Металлургия - Скачать бесплатно
Министерство образования Республики Беларусь
Учереждение образования Гродненский государственный университет им.
Я.Купалы
РЕФЕРАТ
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Выполнил студент физико- технического
факультета 3-го курса 2-й группы
Цыпурко Е.В.
Гродно 2004
Широкое применение в промышленности получили различные механические методы
разделения металлов, в первую очередь резка ножовочными полотнами,
ленточными пилами, фрезами и др. В производстве используются разнообразные
станки общего и специального назначения для раскроя листовых, профильных и
других заготовок из различных металлов и сплавов. Однако при многих
достоинствах этого процесса существуют значительные недостатки, связанные с
низкой производительностью, высокой стоимостью отрезного инструмента,
трудностью или невозможностью раскроя материалов по сложному криволинейному
контуру. С этими задачами прекрасно справляется лазерная резка металлов.
Отжиг - это термообработка ,которая устраняет частично (или полностью)
всякого рода неоднородности и неравновесности , которые были внесены в
металл при предшествующих операциях ( мех. обработка , обработка давлением
, литье , сварка ). В зависимости от исходного состояния стали отжиг может
включать процессы гомогенизации , рекристаллизации и снятия остаточных
напряжений.
Именно об этих способах обработки металлов и пойдет речь в данном реферате.
Гомогенизационный отжиг.
Основной целью гомогенизационного отжига являются - устранение последствий
дендритной или внутрикристаллитной ликвации , которая может привести к :
1.Снижению пластичности, за счет выделения неравновесных хрупких фаз.
2.Уменьшению коррозионной стойкости и развитии электрохимической коррозии
внутри сплава.
3.Анизотропии мех. свойств.
4.Снижению температуры солидуса.
5.Уменьшению температуры плавления , из-за которого происходит оплавление
дендритов при дальнейшей обработке.
6.Отсутствию стабильности свойств.
Физико - химической основой гомогенизационного отжига является диффузия в
твердом состоянии , по этому отжиг желательно проводить при более высоких
температурах , чтобы диффузионные процессы , необходимые для выравнивания
состава стали , проходили более полно.
Температура нагрева под отжиг колеблется в пределах (0.85-0.90)Tпл .
Выдержка будет определяться природой ликвирующих элементов . Так как
гомогенизация интенсивно протекает в начальный период отжига ( по мере
выравнивания состава сплава градиент концентрации dC/dX уменьшается ), то
большие времена выдержки не применяются. Однако для некоторых металлов это
время составляет десятки или сотни часов. Для уменьшения времени отжига
нужно
1. Увеличить температуру
2. Изменить dC/dX , а для этого нужно изменить условия кристаллизации.
3. Загрузить в печь уже нагретые слитки.
Гомогенизирующий отжиг может вызвать ряд негативных побочных явлений:
1. Рост зерна аустенита,следовательно ухудшение мех. свойств .
2. Вторичная пористость и неоднородность .
3. Коагуляция избыточных фаз.
Поэтому гомогенизирующий отжиг является предварительной обработкой , после
которой поводят полный отжиг,или обработку давлением , или отпуск при 670-
680 градусах ,или нормализацию.
Для устранения неоднородностей , вызванных холодной пластической
деформацией применяют дорекристаллизационный и рекристаллизационный отжиг
При холодной деформации происходит:
1.Изменение формы и размеров кристаллов
2.Накопление в металле большого количества избыточной энергии ,что в
конечном итоге приводит к росту напряжений 1 и 2 родов.
Из-за этого : уменьшаются пластические характеристики, появляется
анизотропия механических свойств, увеличивается электросопротивление и
уменьшается коррозионная стойкость.
Все это можно попытаться устранить отжигом.
Дорекристаллизационный отжиг бывает смягчающим и упрочняющим.
Смягчающий отжиг используют для повышения пластичности при частичном
сохранении деформационного упрочнения. Чаще всего его применяют в качестве
окончательной операции , придающей изделию требуемое сочетание прочности и
пластичности. Кроме того , можно уменьшить остаточные напряжения ,
стабилизировать свойства и повысить стойкость к коррозии. Для выбора
режима дорекристаллизационного смягчающего отжига необходимо знать
температуру начала рекристаллизации, при данной степени деформации.
Дорекристаллизационный упрочняющий отжиг применяют для повышения упругих
свойств пружин и мембран.Оптимальную температуру подбирают опытным путем.
Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как предварительную
операцию перед холодной обработкой давлением,для придания материалу
наибольшей пластичности;как промежуточный процесс между операциями
холодногодеформирования,для снятия наклепа; и как окончательную
термообработку,для придания материалу необходимых свойств.
При выборе режима отжига нужно избегать получения очень крупного зерна и
разнозернистости.Скорость нагрева чаще всего не имеет значения.
Отжиг, уменьшающий напряжения.
При обработке давлением, литье, сварке, термообработке в изделиях могут
возникать внутренние напряжения. В большинстве случаев,они полностью или
частично сохраняются в металле после окончания технологического процесса.
Поэтому основная цель отжига - полная или частичная релаксация остаточных
напряжений.
Причинами возникновения остаточных напряжений являются неодинаковая
пластическая деформация или разное изменение удельного объема в различных
точках тела, из-за наличия градиента температур по сечению тела.
Напряжения при отжиге уменьшаются двумя путями : вследствии пластической
деформации в условиях когда эти напряжения превысят предел текучести и в
результате ползучести при напряжениях меньше предела текучести.
Продолжительность отжига устанавливают опытным путем. Определенной
температуре отжига в каждом конкретном изделии соответствует свой конечный
уровень остаточных напряжений, по достижении которого увеличивать
продолжительность отжига практически бесполезно.
Температуру подбирают обычно несколько ниже критической точки Ас1 .
Скорости нагрева и особенно охлаждения при отжиге должны быть
небольшими,чтобы не возникли новые внутренние термические напряжения.
Использование отжига лимитируется теми нежелательными структурными и
фазовыми изменениями , которые могут произойти при нагреве. Поэтому
приходится либо мириться с недостаточно полным снятием остаточных
напряжений при низких температурах ,либо идти на компромис, достигая более
полного снятия напряжений при некотором ухудшении механических и других
свойств.
Отжиг II рода.
Отжиг второго рода - это термообработка , которая заключается в нагреве
стали до температур выше точек Ас3 или Ас1 ,выдержке и последующем
охлаждении. В результате мы получаем почти равновесное структурное
состояние стали; в доэвтектоидных сталях - феррит + перлит , в эвтектоидных
- перлит и в заэвтектоидных - перлит + вторичный цементит.
После отжига получаем : мелкое зерно, частично или полностью устраненные
строчечность, видманштеттову структуру и другие неблагоприятные структуры .
Сталь получается снизкой прочностью и твердостью при достаточном уровне
пластичности.
В промышленности отжиг II рода часто используется в качестве
подготовительной и окончательной обработки.
Разновидности отжига II рода различаются способами охлаждения и степенью
переохлаждения аустенита , а так же положением температур нагрева
относительно критических точек .
Полный отжиг.
Основные цели полного отжига - устранение пороков структуры , возникших при
предыдущей обработке ( лить , горячей деформации или сварке ) , смягчение
стали перед обработкой резанием и уменьшение напряжений , для придания
стали определенных характеристик. Вцелом отжиг II рода проводят для
приближения системя к равновесию.
[pic]
Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температур
на 30-50 С выше температуры Ас3 (чрезмерное повышение температуры выше
этой точки приведет к росту зерна аустенита , что вызовет ухудшение свойств
стали), выдержке для полного прогрева и завершения фазовых превращений в
объеме металла и последующем медленном охлаждении. Для заэвтектоидных
сталей такой отжиг с нагревом выше Аcm не пойдет потому что при медленном
охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного
цементита , ухудшающая механические свойства . Для доэвтектоидных сталей
время нагрева и продолжительность обработки зависят типа печи ,способа
укладки , типа отжигаемого материала (лист,прокат , ...).Наиболее
распространенная скорость нагрева составляет ~ 100 C / ч ,а
продолжительность выдержки - от 0.5 до 1 часа на тонну изделия. Медленное
охлаждение обусловленно необходимостью избежать образования слишком
дисперсной ферритно-цементитной структуры и следовательно более высокой
твердости. Скоростьохлаждения зависит от устойчивости переохлажденного
аустенита, а следовательно , от состава стали. Ее регулируют проводя
охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей, с полностью или частично
выключенным обогревом.
При полном отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали. При
нагреве выше точки Ас3 образуется аустенит, характеризующийся мелким
зерном , который при охлаждении дает мелкозернистую структуру ,
обеспечивающую высокую вязкость , пластичность и получение высоких свойств
после окончательной обработки.
Структура доэвтектоидной стали после полного отжига состоит из избыточного
феррита и перлита.
Существует отжиг противоположный по целям обычному отжигу .Это отжиг на
крупное зерно с нагревом до 950-1100 С , который применяют для улучшения
обработки резанием мягких низкоуглеродистых сталей .
Неплный отжиг .
Неполный отжиг доэвтектоидной стали проводят при нагреве до температур выше
Ас1 , но ниже Ас3 . При таких температурах происходит частичная
перекристаллизация стали , а именно лишь переход перлита в аустенит .
избыточный феррит частично превращается в аустенит и значительная часть его
не подвергается перерекристаллизации . Поэтому неполный отжиг не устраняет
пороки стали связанные с нежелательными размерами и формой избыточного
феррита . Для доэвтектоидной стали неполный отжиг применяется лишь тогда ,
когда отсутствует перегрев , ферритная полосчатость, и требуется только
снижение твердости и смягчения перед обработкой резанием .
ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛА
В промышленности получил распространение ряд процессов разделения
материалов, основанных на электрохимическом, электрофизическом и физико-
химическом воздействиях. Ацителено-кислородная резка, плазменная резка
проникающая дугой и другие физико-химические методы разделения обеспечивают
повышение производительности по сравнению с механическими методами, но не
обеспечивают высокой точности и чистоты поверхностей реза и требуют в
большинстве случаев последующей механической обработки. Электроэрозионная
резка позволяет осуществлять процесс разделения материалов с малой шириной
и высоким качеством реза, но одновременно с этим характеризуются малой
производительностью.
В связи с этим возникла производственная необходимость в разработке и
промышленном освоении методов резки современных конструкционных материалов,
обеспечивающих высокую производительность процесса, точность и качество
поверхностей получаемого реза. К числу таких перспективных процессов
разделения материалов следует отнести лазерную резку металлов, основанную
на процессах нагрева, плавления, испарения, химических реакциях горения и
удаления расплава из зоны резки.
Сфокусированное лазерное излучение , обеспечивая высокую концентрацию
энергии, позволяет разделять практически любые металлы и сплавы независимо
от их теплофизических свойств. При этом можно получить узкие резы с
минимальной зоной термического влияния. При лазерной резке отсутствует
механическое воздействие на обрабатываемый материал и возникают минимальные
деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного
остывания. Вследствии этого лазерную резку можно осуществлять с высокой
степени точностью, в том числе легкодеформируемых и нежестких заготовок или
деталей. Благодаря большой плотности мощности лазерного излучения
обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким
качеством поверхностей реза. Легкое и сравнительно простое управление
лазерным излучением позволяет осуществлять лазерную резку по сложному
контуру плоских и объемных деталей и заготовок с высокой степенью
автоматизации процесса. Кратко рассмотренные особенности лазерной резки
наглядно демонстрируют несомненные преимущества процесса по сравнению с
традиционными методами обработки.
Лазерная резка относится к числу первых технологических применений
лазерного излучения, апробированных еще в начале 70-х годов. За прошедшие
годы созданы лазерные установки с широким диапазоном мощности (от
нескольких десятков ватт до нескольких киловатт), обеспечивающие
эффективную резку металлов с использованием вспомогательного газа,
поступающего в зону обработки одновременно с излучением лазера. Лазерное
излучение нагревает, плавит и испаряет материал по линии предполагаемого
реза, а поток вспомогательного газа удаляет продукты разрушения. При
использовании кислорода или воздуха при резке металлов на поверхности
разрушения образуется оксидная пленка, повышающая поглощательную
способность материала, а в результате экзотермической реакции выделяется
достаточно большое количество теплоты.
Для резки металлов применяют технологические установки на основе
твердотельных и газовых CO2 - лазеров, работающих как в непрерывном, так и
в импульсно-периодическом режимах излучения. Промышленное применение
газолазерной резки с каждым годом увеличивается, но этот процесс не может
полностью заменить традиционные способы разделения металлов. В
сопоставлении со многими из применяемых на производстве установок стоимость
лазерного оборудования для резки еще достаточно высока, хотя в последнее
время наметилась тенденция к ее снижению. В связи с этим процесс
газолазерной резки (в дальнейшем просто лазерной резки) становится
эффективным только при условии обоснованного и разумного выбора области
применения, когда использование традиционных способов трудоемко или вообще
невозможно.
Список литературы.
1. Новиков И.И. Теория термичесеой обработки металлов .М.:
Металлургия,1986.
2. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов.
М.: Металлургия , 1993
3. Лившиц Металлография. М.: Металлургия ,1994.
|
