ТКМ шпоры

9п Плавку на углеродистой шихте применяют для производства конструкционных сталей. В печь загружают шихту: стальной лом (90 %), чушковый передельный чугун (до 10 %), электродный бой или кокс для науглероживания металла и известь 2-3 %.

Затем электроды опускают и включают ток; шихта под действием электродов плавится, металл накапливается на подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты и окалины окисляются железо, кремний, фосфор, марганец, и частично углерод. Оксид кальция из извести и оксиды железа образуют железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла.

После нагрева металла и шлака до температуры 1500-1540°С в печь загружают руду и известь и проводят период «кипения» металла; происходит дальнейшее окисление углерода. Когда содержание углерода будет меньше заданного на 0,1%, кипение прекращают и удаляют из печи шлак. Затем приступают к удалению серы и раскислению металла, доведению химического состава до заданного. Раскисление производят осаждением и диффузионным ме­тодом. После удаления железистого шлака в печь подают силикомарганец и силикокальций - раскислители для осаждающего рас­кисления. Затем в печь загружают известь, плавиковый шпат и ша­мотный бой. После расплавления флюсов и образования высокоосновного шлака на его поверхность вводят раскислительную смесь для диффузионного раскисления (известь, плавиковый шпат, молотый кокс и ферросилиций), углерод кокса и кремний ферросилиции вос­станавливают оксид железа в шлаке, содержание его в шлаке снижа­ется, и кислород из металла по закону распределения переходит в шлак. По мере раскисления и понижения содержания FeO шлак становится почти белым. Раскисление под белым шлаком длится 30-60 мин.

В этот период создаются условия для удаления из металла серы, что объясняется высоким (до 55-60 %) содержанием СаО в шлаке, низким (менее 0,5 %) содержанием FeO и высокой температурой металла.

Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости в печь вводят ферросплавы для получения за­данного химического состава металла, после чего выполняют конеч­ное раскисление стали алюминием и силикокальцием и выпускают металл из печи в ковш.

10 Обработка металла синтетическим шлаком заключается в следую­щем. Синтетический шлак, состоящий из 55 % СаО, 40 % А12О3. небольшого количества SiO2, MgO и минимума FeO, выплавляют в электропечи и заливают в ковш. В этот же ковш затем заливают сталь. При перемешивании стали и шлака поверхность их взаимо­действия резко возрастает и реакции между ними протекают гораздо быстрее, чем в плавильной печи. Благодаря этому, а также низкому содержанию оксида железа в шлаке сталь, обработанная таким способом, содержит меньше серы, кислорода и неметаллических включений, улучшается ее пластичность и прочность. Такие стали применяют для изготовления ответственных деталей машин

Вакуумную дегазацию стали проводят для уменьшения содержа­ния в металле газов и неметаллических включений. Вакуумирование стали производят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при за­ливке в изложницу и т. п. Для вакуумирования в ковше ковш с жид­кой сталью помещают в камеру, закрывающуюся герметичной крыш­кой. Вакуумными насосами в камере создается разрежение до оста­точного давления 0,267-0,667 кПа. При понижении давления из жидкой стали выделяется водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается. Все это улучшает прочность и пластичность стали.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) разработан в Институте электросварки им. Е. О. Патона. Переплаву подвергают выплавлен­ный в дуговой печи и прокатанный на круглые прутки металл. Ис­точником теплоты при ЭШП является шлаковая ванна, нагреваемая при прохождении через нее электрического тока. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду, погруженному в шлаковую ванну 2 и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8. Выделяющаяся в шлаковой ванне 2 теплота нагревает ее до температуры 1700 °С и более и вызывает оплавление конца элек­трода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак, обоазуя под шлаковым слоем металлическую ванну 4.

Перенос капель металла через основной шлак способствует их активному взаимодействию, удалению из металла серы не­металлических включений и растворенных газов. Металлическая ванна непрерывно пополняется путем расплавления электрода под воздействием кристаллизатора постепенно формируется в считок 6 Последовательная и направленная кристаллизация способствует удалению из металла неметаллических включении и газа, получе­нию плотного однородного слитка.

В результате ЭШП содержание кислорода в металле снижается в 1,5-2 раза, понижается концентрация серы, в 2-3 раза умень­шается содержание неметаллических включений, они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка. Слиток отли­чается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверх­ности благодаря наличию шлаковой корочки 5, высокими механиче­скими и эксплуатационными свойствами стали и сплавов. Слитки выплавляют круглого, квадратного, прямоугольного сечения массой до 110 т. Наиболее широко ЭШП используют при выплавки высоко­качественных сталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин, валов компрессоров, авиационных конструкций.

11 Разливка стали;разливка в изложницы,непрервная разливка; строение слитка.

Изложницы-чугунные формы для изготовления слитков. Бывают с квадратным,прямоугольным, круглым, многогранным. Сталь разливают в изложницы сверху, снизу(сифоном) и на машинах непрерывного литья.

В изложницы сверху: непосредственно из ковша (рис 2.7 а стр 42)

При сифоной: (2.7б стр42) сталью заполняют несколько изложниц. При такой разливки поверхность получается чистой, можно разливать большую массу металла одновременной в несколько слитков. Для углеродистых сталей используют разливку сверху, для легированных и высококачественных сифоном.

Непрерывная: Жид сталь из ковша через промежуточное разливочное устройство непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна-кристаллизатор, из ниж части которого вытягивается затверд евающий слиток (рис.2.8 стр43). Таким способом отливают слитки с поперечным, с квадратным сечениями, круглые. Слитки имеют плотное строение, мелкозернистую структуру, отсутствуют усадочные раковины.

Строение спокойного слитка затвердевает без выделения газа, в верхней части усадочная раковина, в ср – усадочная осевая рыхлость.(рис 2.9 а, г стр 44)

Строение слитка кипящей ст не образуется усадочная раковина.Зональная ликвация развита сильнее. Имеет плотную наружную корку без пузырей, зону сотовых пузырей, вытянутых к оси слитка, зону неориентированных кристаллов, промежуточную плотную зону. Рис.2.9 б д стр 44)

12 1)По типу сплава: -Чугунное -Стальное -Цветное 2) По массе -мелкие до 100 кг -средние до 1000 кг -Крупные до 5 т -очень крупные свыше 5 т 3) по Геом сложности ( отношение m отливки к ее поверхности) 5 классов точности 4)По серийности -Массовые -Мелкосерийные -Крупносерийные -Индивидуальные 5) По методу изготовления -Разовые -Многоразовые

13 Жидкотекучесть — это способность материала в расплавленном состоянии течь и заполнять полости литейной формы перед затвердеванием. Жидкотекучесть чистых металлов и эвтектических сплавов выше, чем у доэвтектоидных и заэвтектоидных сплавов.Ж. литейных сплавов зависит от t интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, t заливки и формы. Жидкотекучесть расплава измеряется длиной участка металла, затекшего в специальную изложницу. Наибольшая жидкотекучесть серый чугун, наименьшая –магниевые сплавы.

Усадка - уменьшение линейных размеров и объёма материалов вследствие потери ими влаги, уплотнения, затвердевания и др. процессов. Бывает Линейная-уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от t? При которой образуется прчоная корка, способная противостоять давлению расплавленного ме, до t окружающей среды. Объемная-уменьшение объема сплава при егоохлаждении. Лин усадка для серого чугуна 0.9-1.3 % для угл стали 2-2.4%.

Ликвация- химическая неоднородность. Возникает в следствие меньшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого в твердое состояние. Бывает Дендритная и Зональная ликвация. ДЕНДРИТНАЯ- неоднородность стали в пределах одного кристалла (дендрита). ЗОНАЛЬНАЯ ликвация- неоднородность в различных частях слитка.

Газопогашение. Склонность сплавов поглощать газы приводит к образованию в отливках газовой пористости и раковин. Газы попадают в сплав с шихтой, из атмосферы и растворяются в нем. При понижении температуры растворимость газов в жидком металле уменьшается и они выделяются из металла. Образующиеся в расплаве газовые пузырьки стремятся всплыть на поверхность. Однако понижение температуры приводит к увеличению вязкости сплава, что затрудняет всплывание пузырьков. Газовые пузырьки, оставшиеся в сплаве, образуют газовую пористость.

14Чугуны.Серый чугун наиболее распространенный материал для изготовления отливок. Имеет хорошие литейные свойства: высокую жидкотекучесть, позволяющую получать отливки с толщиной стенок 3-4мм, малую усадку 0.9-1.3%, обеспечивающую изготовление отливок без усадочных раковин, пористости и трещин. Преобладающее кол-во отливок получают в песчаных формах. Отливки повышенной точности получают путем литья в оболочковые формы, в кокили. Т.к. серый чугун обладает высокими литейными свойствами это позволяет получать отливки без прибылей. Отливки широко применяются в станкостроении:станины, стойки, салазки; в автостроении: блоки цилиндров, гильзы, картеры; в тяжелом машиностроении.

Высокопрочный чугун. Высокие механические свойства.. Жидкотекучесть высокопрочного чугуна такая же, как у серого, что позволяет получать отливки с толщиной стенок 3-4 мм сложной конфигурации. Линейная усадка 1.25-1.7%. Это затрудняет изготовление отливок без усадочных дефектов. Отливки изготовляют в песчаных формах, в оболочковых формах, литьем в кокиль. Высокая усадка чугуна вызывает необходимость создания направленного затвердевания отливок для предупреждения образования усадочных раковин и пористости. Для предупреждения трещин применяют формовочные смеси повышенной податливости. Применяют в тяжелом и энергетическом машиностроении, в металлургической промышленности при работе в условиях больших статических и динамических нагрузках.

Ковкий чугун. Получают путем длительного отжига отливок из белого чугуна. Пониженная жидкотекучесть, усадка значительно больше, чем у серого поэтому больше образуется усадочных раковин, пористости и трещин.

Преимущественно изготовляют в песчаных формах. Для предупреждения образования усадочных раковин расплавленный чугун подводят к толстым местам отливки через прибыли. Для предупреждения образования трещин используют формовочные и стержневые смеси с высокой податливостью. Из за низкой жидкотекучести требуется высокая t заливки, поэтому формовочная смесь должна обладать повышенной огнеупорностью и газопроницаемостью. Из ковкого чугуна изготавливают отливки массой от нескольких граммов до 250 кг с толщиной стенок 3-50 мм для автомобилестроения(рычаги, ступицы) , для с\х машиностроения.

Сталь. Литейные стали имеют плохие литейные свойства: пониженную жидкотекучесть, значительную усадку до 2.5%, что приводит к образованию усадочных раковин и пористости в отливках; стали склоны к образованию трещин. Для предупреждения трещин формы изготавливают из податливых формовочных смесей. Кроме того предусматриваются технологические ребра. Стальные отливки из угл сталей используют в ме, станкостроении, автотракторной промышленности. Лег стали используют в энергомашиностроении, химической и нефтегазовой (турбинные лопатки, зубья ковшей экскаваторов).

Силумины. АЛ1-Ал15 . Ал2,Ал4,Ал9 -Имеют высокую жидкотекучесть, малую усадку 0.8-1.1% ,не склонны к образованию горячих и холодных трещин, потому что они по химическому составу близки к эвтектическим сплавам. Большинство остальных имеют низкую жидкотекучесть, повышенную усадку, склонны к образованию трещин. Преимущественно изготовляют литьем в кокиль, под давлением, в песчаные формы.. Получение плотных обеспечивается направленным затвердеванием. Для снижения усадочных напряжений в отливках кокили перед заливкой подогревают до t 250-300, при сложной конфигур 400-500. Широко используется в авиационной и ракетной технике, автомобильной, приборостроительной, машиностроительной, судостроительной и электротехнической промышленности. Блоки ДВС, головки блоков.

Бронзы. Оловянные бронзы имеют хорошую жидкотекучесть, достаточно высокую усадку (1.4-1.6%). Затвердевают в большом интервале кристаллизации(150-200), что обуславливает образование рассеянной пористости. Безоловянные бронзы обладают высокой жидкотекучестью и усадкой 1.6-2.4% , затвердевают в малом интервале кристаллизации, что приводит к образованию усадочных раковин. Отливки из медных сплавов преимущественно изготовляются литьем в песчаные формы и в оболочковые.

Для предупреждения образования усадочных раковин и пористости в массивных узлах отливок устанавливают прибыли и холодильники. Для предупреждения трещин используют литейную форму с высокой податливостью.

Из оловянных бронз изготовляют арматуру, шестерни, подшипники, втулки. Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных.

15 Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья.я получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т.д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, т.е. состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ -поверхность разъема.В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъема и производят заливку металла.

Модельный комплект-совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. Включается модели, модельные плиты, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы.

Литейная модель-приспособление, при помощи которого в литейной форме получают полость с формой и размерами близкими к конфигурации получаемой отливки. Литейные модели бывают неразъемными, разъемными, с отъемными частями и др.

Рис.2. Эскиз песчаной литейной формы в сборе: 1 - нижняя опока; 2 – верхняя опока; 3 - плоскость разъема: 4 - зазоры: 5 - вентиляционный канал: 6 - выпори: 7 - литниковая чаша; 8 - стояк; 9 - шлакоуловитель: , '10 - питатель: 11 - центрирующий штырь: 12. - скоба: 13 - местный разрез; 14 - плита: 15 - формовочная смесь: 16 - стержень: 17 - рабочая полость формы

Формовочные материалы- совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей. Используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины.

Формовочная смесь – многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые. Смеси должны обладать следующими основными технологическими свойствами: пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, выбиваемостью и огнеупорностью. Кроме того, смеси должны отвечать требованиям санитарии и гигиены, а также быть, по возможности, недорогими.

Стержневая смесь- это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней.Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому они имеют более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбивается из отливок.

отливок, большой расход формовочных материалов при изготовлении форм и стержней, неблагоприятные условия труда из-за загазованности и запыленности литейного цеха.

15п Типовая формовочная смесь содержит: , ' - 90% кварцевого песка:

- 5-10% глины;

- - до 5% компонентов, улучшающих свойства смесей;

- 3-6% воды сверх 100Х сухой смеси.

Кварцевый песок SiO2 - огнеупорная основа смеси. Он состоит из зерен размером 0.06-р.8 мм.

Глина является связующим материалом песчаных смесей. Свои связующие свойства глина проявляет только в присутствии воды.

К добавкам. позволяющим регулировать свойства смеси, относятся: молотый уголь, мазут, асбестовая крошка, опилки, битум и ряд других материалов.

Типовая стержневая смесь содержит:

- 94-98% кварцевого песка;

- 2-6% связующих материалов на основе синтетических смол и других добавок.

Литниковая система-это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Л.с должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержания шлака и др. неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

К недостаткам способа относятся низкая точность размеров отливок и большая шероховатость поверхности, что приводит к увеличению объема механической обработки. Для процесса характерна оптимальная трудоемкость получения

16 Литьё в оболочковые формы,способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (термореактивная смола 4-7%).Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков сек до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. Термореактивная смола в пограничном слое переходит в жидкое состояние, склеивает песчинки с образованием песчано-смоляной оболочки толщиной 5-20 мм. Бункер возвращают в исходное положение, модельная плита снимается и нагревается в печи при t 300-350 в течение 1-2 мин, термореактивная смола переходит в твердое состояние. Аналогично изготавливают вторую полуформу. . Готовые оболочковые формы склеивают, предварительно установив в них литейные стержни.

Заливка форм производится в вертикальном или горизонтальном положении.Выбивку отливок проводят на специальных выбивных или вибрационных установках.

Литье в оболочки обеспечивает высокую герметическую точность, точность отпечатка не нарушается(оболочка снимается без расталкивания). Снижается припуск на обработку в 2 раза, снижена шероховатость. Высокая прочность позволяется изготавливать тонкостенные формы, что снижает расход формовочной смеси. Процесс легко автоматизируется .Повышенная производительность труда . Минус- ограничение по массе (50-60 кг).

Изготавливают отливки для автомобилей, тракторов, с\х машин из чугуна, уг сталей, цвет сплавов

17 Ещё один способ литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Получают путем заливки расплавленного ме в формы, изготовленные по выплавляемым моделям многократным погружением в керамическую суспензию с последующими обсыпкой и отверждением.

Разовые выплавляемы модели изгот в пресс-формах, сост из 2 и более легкоплавких комп (парафин, стеарин, жирных кислот). На модельный блок наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса.Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка .Таким образом получаем отливку.

+ Высокая точность , Малая шероховатость .

- Сложность процесса , Высокая себестоимость

В силу большого расхода металла и дороговизны процесса применяют только для ответственных деталей.

Схемы на стр 149(?там нет ничего)

18 Литьё металлов в кокиль — более качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.

Литьё в кокиль, кокильное литьё, способ получения фасонных отливок в металлических формах — кокилях. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.

Разновидность кокильного литья – литье в облицованные кокили. Состоит в том, что модельную плиту с моделью нагревают электрическими или газовыми нагревателями до t 200 . На плиту устанавливают нагретый кокиль. В зазор м\ду кокилем и моделью из пескодувной головки через сопла вдуваются формовочная смесь с термореактивным связующим. Оболочка толщиной 3-5 мм формируется и упрочняется за счет теплоты кокиля и модели. После отверждения оболочки на кокиле модель извлекают. Аналогично изготавливают и вторую половину.

Все операции процесса механизированы и автоматизированы.

+ Сокращается расход формовочной и стержневой смесей. , более высокие плотности ме и мех. Свойства, чем у отливок полученных в песчаные формы. Имеют высокую геом точность размеров и малую шероховатость. Высокая производительность.

- Высокая трудоемкость, ограниченная стойкость, трудность изготовления сложных конфигураций

19 Литье под давлением получают отливки в ме формах, при этом заливку ме в форму и формирование отливки осуществляют под давлением. Изготавливают отливки на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. При получении отливок на литейных машинах с холодной камерой прессования необходимое количество сплава заливается в камеру прессования вручную или заливочным дозирующим устройством. Сплав из камеры прессования под давлением прессующего поршня через литниковые каналы поступает в оформляющую полость плотно закрытой формы, излишек сплава остаётся в камере прессования в виде пресс-остатка и удаляется. После затвердевания сплава форму открывают, снимают подвижные стержни и отливка выталкивателями удаляется из формы.

+ Массовое и крупносерийное производство, высокая точность размеров и малая шероховатость. Резко сокращается мех обработка, высокая производительность

-Высокая стоимость пресс-форм и оборудования, ограниченность габаритных размеров и массы отливок. Наличие воздушной пористости в массивных частях.

20 Сплав заливают во вращающиеся формы, формирование отливки соущ под действием центробежных сил. Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:Высокая износостойкость. Высокая плотность металла. Отсутствие раковин. В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным литьем отливки изготавливают в металлических, песчаных, оболочковых и по выплавляемым моделям на центробежных машинах. Изложницы изготовляют из чугуна.

Получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней ; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойной заготовки.

21

Пресование

При прессовании металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие, соответствующее сечению прессуемого профиля Этим процессом изготовляют не только сплошные профили, но и полые.

Исходной заготовкой при прессовании служит слиток или прокат.

При прессовании металл подвергается всестороннему неравномерному сжатию и по­этому имеет весьма высокую пластичность.

Прессованием можно получать профили сложных форм, которые не могут быть получены другими видами обработки металлов давле­нием (в частности прокаткой). Точность прессованных профилей выше, чем прокатанных.

К недостаткам прессования следует отнести большие отходы металла: весь металл не может быть выдавлен из контейнера и в нем остается так называемый пресс-остаток, который после окончания прессования отрезается от полученного профиля.

ВОЛОЧЕНИЕ

При волочении заготовку протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой. Волочение, как правило, осуществляют в холодном состоянии. Исходными заготовками служат прокатанные или прессо­ванные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов.

При волочении сплошного и полого профилей площадь попереч­ного сечения заготовки уменьшается, а следовательно, длина (из условия постоянства объема при пластической деформации) увеличи­вается. Количественно деформацию, так же как и при прокатке, можно характеризовать отношением полученной длины к исходной, т. е. вытяжкой (мю).'Вследствие того что к заготовке при волочении приложено тяну­щее усилие, в отверстии волоки (очаге деформации) и после выхода из нее металл испытывает растягивающие напряжения. Поэтому величина деформации за один проход ограничена, и вытяжка (мю) = 1,25-1,45.

Волочением обрабатывают различные сорта стали и цветные ме­таллы: медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы и др. Сортамент изделий, изготовляемых волочением, очень разнообразен: проволока диаметром 0,002—5 мм и фасонные профили, призматические и фасонные направляющие;сегментные, призматические и фасонные шпонки; шлицевые валики; опорные призмы и ножи и т. д.). Волочением калибруют стальные

трубы диаметрами от капиллярных до 200 мм, стальные прутки диа­метром 3—150 мм.

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО I. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА

Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. При прокатке металл пласти­чески деформируется вращающимися валками. Взаимное расположе­ние валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. Выделяют три основных вида прокатки; продольную, попе-•речную и поперечно-винтовую.

При продольной прокатке заготовка деформируется между двумя валками, вращающимися в разные стороны, и перемешается перпендикулярно к осям валков.

При поперечной прокатке валки вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке и деформируют ее.При поперечно-винтовой прокатке валки располо­жены под углом и сообщают заготовке при деформировании враща­тельное н поступательное движения.

22 В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования различают холодную и горячую деформацию.

Холодная деформация характеризуется изменением формы зе­рен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла. При холодной деформации формоизме­нение сопровождается изменением механических и физико-химиче­ских свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возра­стают характеристики прочности, в то время как характеристики пластичности снижаются. Изменения, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла, не необратимы. Они могут быть устранены, на­пример, с помощью термической обработки (отжигом). Явление зарождения и роста новых равноосных зерен взамен деформированных, вытянутых, происходящее при определенных тем­пературах, называется рекристаллизацией. При температурах ниже температуры начала рекристаллизации, наблюдается явление, называемое возвратом. При возврате (отдыхе) форма и размеры деформированных, вытянутых зерен не изменяются, но частично снимаются остаточные напряжения. Эти напряжения возникают из-за неоднородного нагрева или охлаждения (при литье и обработке давлением), неоднородности распределения деформаций при пластическом деформировании и т. д. Остаточные напряжения создают системы взаимно уравновешивающихся сил и на­ходятся в заготовке, не нагру­женной внешними силами. Сня­тие остаточных напряжений при возврате почти не изменяет механических свойств металла, но влияет на некоторые его физико-химические свойства. Формоизменение заготовки при температуре выше температуры рекристаллизации сопровождается одновременным протеканием уп­рочнения и рекристаллизации.

Горячей деформацией называют деформацию, характеризую­щуюся таким соотношением скоростей деформирования и рекристал­лизации, при котором рекристаллизация успевает произойти во всем объеме заготовки и микроструктура после обработки давлением ока­зывается равноосной, без следов упрочнения. Чтобы обеспечить условия протекания горячей деформации, при­ходится с увеличением ее скорости повышать температуру нагрева заготовки (для увеличения скорости рекристаллизации). При горячей деформации сопротивление деформированию при­мерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации, а отсутст­вие упрочнения приводит к тому, что сопротивление деформиро­ванию (предел текучести) незначительно изменяется в процессе обра­ботки давлением. Этим обстоятельством объясняется в основном то, что горячую обработку применяют для изготовления крупных деталей, так как при этом требуются меньшие усилия деформиро­вания (менее мощное оборудование). При горячей деформации пластичность металла выше, чем при холодной деформации. Поэтому горячую деформацию целесообразно применять при обработке труднодеформируемых, малопластичных металлов и сплавов, а также заготовок из литого металла (слитков). В то же время при горячей деформации окисление заготовки более интенсивно (на поверхности образуется слой окалины), что ухуд­шает качество поверхности и точность получаемых размеров. Холодная деформация без нагрева заготовки позволяет полу­чать большую точность размеров и лучшее качество поверхности по сравнению с обработкой давлением при достаточно высоких темпера­турах. Отметим, что обработка давлением без специального нагрева заготовки позволяет сократить продолжительность технологического цикла, облегчает использование средств механизации и автомати­зации и повышает производительность труда. Влияние холодной деформации на свойства металла можно ис­пользовать для получения наилучших эксплуатационных свойств де­талей, а управление изменением свойств в требуемом направлении и на желаемую величину может быть достигнуто выбором рациональ­ного сочетания холодной и горячей деформации, а также числа и режимов термических обработок в процессе изготовления детали

24 Метал течет туда,где меньше сопротивление....при давлении весь метал перетекает туда, куда проще, потеря составляет лишь 0.2 процента... Подобие....сначала испытывают маленькую деталь, затем на ее основе большую

25 ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

При нагреве металла с повышением температуры умень­шается его временное сопротивление, а относительное удлинение уве­личивается. Таким образом, при деформировании стали, нагретой, например, до температуры 1200 °С, можно достичь большего форме-

изменения при меньшем приложенном усилии, чем при деформиро­вании ненагретой стали. Все металлы и сплавы имеют тенденцию к увеличению пластичности и уменьшению сопротивления деформи­рованию при повышении температуры в случае выполнения ряда требований, предъявляемых к процессу нагрева. Так, каждый ме­талл должен быть нагрет до вполне определенной максимальной тем­пературы. Если нагреть, например, сталь до температуры, близкой к температуре плавления, наступает пережог, выражающийся в по­явлении хрупкой пленки между зернами металла вследствие окис­ления их границ. При этом происходит полная потеря пластичности.Ниже температуры пережога находится зона перегрева. Явле­ние перегрева заключается в резком росте размеров зерен. Вслед­ствие того, что крупнозернистой первичной кристаллизации (аусте-иит), как правило, соответствует крупнозернистая вторичная кри­сталлизация (феррит + перлит или перлит + цементит), механи­ческие свойства изделия, полученного обработкой давлением из перегретой заготовки, оказываются низкими.

Максимальную температуру нагрева, т. е. температуру начала горячей обработки давлением, следует назначать такой, чтобы не было пережога и перегрева. В процессе обработки нагретый ме­талл обычно остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой. Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре, ниже которой пластичность вследствие упрочнения (рекристаллизация не успе­вает произойти) падает и в изделии возможно образование трещин.

Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до требуемой температуры. Разность температур по сечению заготовки приводит к тому, что вследствие теплового расширения между более нагретыми поверхностными слоями металла и менее нагретыми вну­тренними слоями возникают напряжения.Разность температур по сечеиию увеличивается с повышением скорости нагрева, поэтому существует допустимая скорость нагрега. Наибольшее время требуется для нагрева крупных заготовок из «Высоколегированных сталей из-за их низкой теплопроводности. [ Например, время нагрева слитка массой ~40 т из легированной стали составляет более 24 ч.

Однако с увеличением времени нагрева увеличивается окисление • поверхности металла, так как при высоких температурах металл > активнее химически взаимодействует с кислородом воздуха. В ре-Вультате на поверхности, например, стальной заготовки образуется I окалина—слой, состоящий из оксидов железа: Ре^О^, Ре_л0₄, РеО. ¹ При высоких температурах на поверхности стальной заготовки интенсивно окисляется не только железо, но и углерод: происходит Так называемое обезуглероживание. Толщина обезуглероженного слоя в отдельных случаях достигает 1,5—2 мм. I Для уменьшения окисления заготовки нагревают в нейтральной или восстановительной атмосфере.

2. НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Устройства, в которых нагревают металл перед обработкой давлением, можно подразделить на нагревательные печи и электро­нагревательные устройства. В печах теплота к заготовке передается главным образом конвекцией и излучением из окружающего про­странства нагревательной камеры, выложенной огнеупорным мате­риалом. Теплоту получают в основном сжиганием газообразного, реже жидкого, топлива (мазута).

• По конструктивным признакам печи разделяют на ряд разно­видностей. Например, одним из наиболее распространенных типов являются камерные печи

В электронагревательных устройствах теплота выделяется в са­мой заготовке либо при пропускании через нее тока большой силы — в контактных устройствах, либо при возбуждении в ней вихревых токов — в индукционных устройствах.Преимущества электронагрева: высокая скорость, значительно превышающая скорость нагрева в печах; почти полное отсутствие окалины; удобство автоматизации, улучшение условий труда. Од­нако применяют электронагревательные устройства только при не­обходимости нагрева достаточно большого количества одинаковых заготовок диаметром до 75 мм в контактных и до 200 мм в индук­ционных устройствах.