Материаловедение

1.Основные способы обработки металлов

1. Прокат, отливка, ковка, прессование, штамповка

2.Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести сплавы заполняют все элементы литейной формы. Жидкотекучесть зависит от многих факторов: от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т.д.

Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре, обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, затвердевающие в интервале температур (твердые растворы). Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается. С повышением температуры заливки расплавленного металла и формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так , песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму. Наличие неметаллических включений снижает жидкотекучесть. Так же влияет химический состав сплава (с увеличением содержания серы, кислорода, хрома жидкотекучесть снижается; с увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода жидкотекучесть увеличивается).

Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Изменение объема зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки. Различают объемную и линейную усадку.

В результате объемной усадки появляются усадочные раковины и усадочная пористость в массивных частях отливки. Для предупреждения образования усадочных раковин устанавливают прибыли – дополнительные резервуары с расплавленным металлом, а также наружные или внутренние холодильники.

Линейная усадка определяет размерную точность полученных отливок, поэтому она учитывается при разработке технологии литья и изготовления модельной оснастки. Линейная усадка составляет: для серого чугуна – 0,8…1,3 %; для углеродистых сталей – 2…2,4 %; для алюминиевых сплавов – 0,9…1,45 %; для медных сплавов – 1,4…2,3 %.

Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы.

Ликвация – неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Ликвация образуется в процессе затвердевания отливки, из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его твердой и жидкой фазах. В сталях и чугунах заметно ликвируют сера, фосфор и углерод.

Различают ликвацию зональную, когда различные части отливки имеют различный химический состав, и дендритную, когдахимическая неоднородность наблюдается в каждом зерне.

3. Сварка трением — образование сварного соединения при такой разновидности сварки давлением происходит при взаимном перемещении свариваемых изделий относительно друг друга при действии на них давления.

Точечная сварка — это один из видов контактной электросварки металлов. При точечной сварке, детали нагреваются электрическим током в месте контакта и сдавливаются (не во всех случаях). А основной тип соединения — нахлесточное сварное соединение, поэтому точечная сварка получила широкое распространение в автомобильной промышленности, при ремонте автомобилей, для изготовления штампованных конструкций.

Электрошлаковая сварка или сварка под флюсом − в основном используют для соединения металлов толщиной более 16 мм, стали, чугуна, алюминия, меди, титана и их сплавов. Данный вид сварки относится к одним из самых производительных и экономичных. Из преимуществ электрошлаковой сварки можно выделить следующие: сварка за один проход металла практически любой толщины, сварка выполняется без снятия фасок кромок, для сварки можно использовать один или несколько электродов.

Стыковая сварка — это вид контактной сварки, при которой изделия свариваются в стык.

 Контактная сварка — это один из термомеханических классов сварки, при котором сварное соединение образуется в результате нагрева свариваемых изделий и последующей пластической деформации места соединения под действием сжимающего усилия.

Лазерная сварка — это один из самых технологичных методов сварки, по плотности мощности он не уступает электронно-лучевой сварке, но при этом не требует построения вакуумной камеры. Лазерную сварку проводят в среде защищенных газов или на воздухе. В отличие от электрической дуги и электронного луча, на лазерный луч не влияют магнитные поля — это обеспечивает более стабильное формирование сварочного шва.

Аргонная сварка — это одна из разновидностей дуговой сварки, сварка неплавящимся электродом, обычно вольфрамовым, в среде инертных газов. В англоязычной литературе аргонно-дуговую сварку называют TIG-сваркой или GTAW-сваркой.

Плазма — это ионизированный газ, поток ядер и электронов, которые не связаны между собой. Чтобы оторвать все электроны от ядер, необходимо передать веществу большое количество энергии, либо нагреть его до высокой температуры, либо придать веществу ускорение и «ударить» обо что-нибудь.

Газовая сварка или газоплавильная сварка — сварка металлов плавлением с использованием смеси горючего газа и кислорода. В качестве горючего газа может применяться: чаще всего — ацетилен, водород, пропан, бутан, бензин, блаугаз.

Дуговая сварка — источником теплоты для нагрева и плавления металла в таком виде сварки является электрическая дуга, которая возникает между свариваемым металлом и электродом. Теплота электрической воздействует на кромки свариваемых деталей, электродный металл плавится — образуется сварочная ванна. При затвердении металла в сварочной ванне создается сварное соединение. Для создания электрической дуги используются специальные источники постоянного или переменного тока.

4. Обработка резанием — это технологический процесс, который осуществляется на металлорежущих станках путём внедрения режущего инструмента в тело заготовки с последующим выделением стружки и образованием новой поверхности.

5. Смазочно-охлаждающие вещества оказывают благоприятное влияние на резание и качество обработанной поверхности:

 попадая в зону резания, смазывают трущиеся поверхности и уменьшают трение;

проникая в микротрещины деформируемого слоя материала, снижают работу деформации;

охлаждают режущий инструмент, деформируемый слой и обработанную поверхность заготовки;

препятствуют образованию наростов, что влечет за собой уменьшение шероховатости обработанной поверхности.

Из смазочно-охлаждающих веществ используют, главным образом, жидкости – СОЖ, в которые иногда добавляют твердые вещества (порошки мыла и парафина, воск, соду и пр.).

СОЖ делятся на две группы.

К первой группе относятся жидкости, которые выполняют главным образом охлаждающее действие. Лучшую охлаждающую способность имеют жидкости на водной основе – эмульсии, водные растворы соды, солей. Эмульсии получают растворением в воде эмульсолов – растворов мыла и органических кислот в минеральных маслах. Охлаждающие СОЖ используют при черновой обработке вязких металлов.

Ко второй группе относятся жидкости, выполняющие главным образом смазывающее действие, т.е. обладающие большой смазывающей способностью. Широко используют минеральные масла и их смеси,сульфофрезол – минеральные масла, содержащие добавки серы и др. Эти СОЖ применяются при работе на станках-автоматах, при чистовой обработке, при нарезании резьб и зубьев зубчатых колес.

При обработке заготовок из хрупких материалов, когда образуется стружка надлома, в качестве охлаждающей среды применяют сжатый воздух, углекислоту. В отдельных случаях обработку ведут без охлаждения.

Эффективность охлаждения зависит не только от состава СОЖ, но и от способа ее подвода к охлаждаемым поверхностям. Используется подвод жидкости через узкое сопло на переднюю поверхность инструмента; высоконапорное охлаждение, когда жидкость подается с большой скоростью со стороны задних поверхностей инструмента. В случаях, когда подвод СОЖ затруднен, используют подвод непосредственно в зону резания через полый режущий инструмент (например, при сверлении глубоких отверстий). 

6. Расточку, обточку, подрезку, сверление, фасонное точение, развертывание, проточку и расточку канавок, зенкерование, обработку резьбы метчиками, резцами и плашками.

7. Вертикально-сверлильные; одношпиндельные полуавтоматы; многошпиндельные полуавтоматы; радиально-сверлильные; горизонтально-сверлильные (расточные) и разные сверлильные.

8.Фрезерование горизонтальных плоскостей, фрезерование вертикальных плоскостей, фрезерование пазов, фрезерование комбинированных плоскостей, фрезерование шпоночных канавок, фрезерование резьб, фрезерование зубчатых колес.

9. Строгание — процесс обработки материала резанием путём снятия стружки, осуществляемый при относительном возвратно-поступательном движении инструмента или изделия.

10. Шлифовáние — механическая или ручная операция по обработке твёрдого материала (металл, стекло, гранит, алмаз и др.). Разновидность абразивной обработки, которая, в свою очередь, является разновидностью резания. Механическое шлифование обычно используется для обработки твёрдых и хрупких материалов в заданный размер с точностью до микрона . А также для достижения наименьшей шероховатости поверхности изделия допустимых ГОСТом.