Каталог :: Металлургия

Реферат: Механическая 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.
     

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 Ас 1 , 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.