Механическая обработка металловеханическая обработка металлов

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