Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Особенности технологической подготовки производства при обработке цветных металлов. Учебное пособие.pdf
X
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
- •1.1. АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
- •1.2. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
- •1.3. РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ И ИХ РОЛЬ В ОБРАБОТКЕ ИЗДЕЛИЯ
- •1.4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЖ
- •2.1. ПЛАН ИССЛЕДОВАНИЯ
- •2.2. ВЫБОР ЗАГОТОВКИ
- •2.3. ПРОВЕРКА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
- •2.4. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
- •2.5. ПРОРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
- •2.6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ
- •2.7. ДЕФЕКТОСКОПИЯ ГОТОВОГО ИЗДЕЛИЯ
- •2.8. ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
- •3.1. ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
- •3.2. ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
- •4. МЕТОДИКА УЛУЧШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ
- •4.2. МЕТОДИКА УЛУЧШЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ УПРОЧНЯЕМЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
- •ПРИЛОЖЕНИЕ

31
многолетний опыт их использования. Но в отличие от физико-химических
методов анализа эти методы требуют значительно более высоких затрат
на механизацию, вспомогательное оборудование и обслуживание. Это можно
показать на примере объемного и кулонометрического определения кислоты
с потенциометрической индикацией точки эквивалентности.
Контроль производства служит для проверки качества продукции и хода
технологического процесса, для предотвращения брака и обеспечения установленного нормами и техническими условиями качества выпускаемых изделий.
В Советском Союзе нормы на различную продукцию устанавливали государственными стандартами. Стандарты подразделяются на следующие категории
государственные общесоюзные стандарты (ГОСТ), отраслевые стандарты
(ОСТ), республиканские (РСТ), стандарты предприятий (СТП). Каждый стандарт имеет свой номер и год утверждения и содержит следующие основные
разделы: определение и назначение продукта (изделия), технические требования
(классификация, свойства и т.д.), правила приемки (отбор пробы для анализа)
методы испытаний, упаковка и маркировка. В случае отсутствия стандартов
качество определяется временными техническими условиями (ТУ), которые
утверждаются министерствами и ведомствами.
Портативные анализаторы металлов.
Рентгено-флуоресцентный анализ – это один из лучших аналитических
методов для элементного анализа самых различных проб – твердых веществ,
жидкостей и порошков. Рентгено-флуоресцентный анализ сочетает высокую
точность и воспроизводимость с простой и быстрой пробоподготовкой.
Стационарные оптико-эмиссионные приборы фирмы «Bruker Quantron»
(Германия) являются на данный момент лидерами в области химического анализа металлов и сплавов.
Оптико-эмиссионный спектрометр для лаборатории и цеха. Анализатор
предоставляет широкие возможности для различного круга задач и является
идеальной системой для сертифицированного анализа продукции в машиностроении, контроля выплавки металлов на металлургическом производстве.

32
Сочетает в себе простоту, надежность и точность. Удовлетворяет всем требованиям, которые могут быть частью современной системы для обеспечения контроля качества.
Спектральный анализ – совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных
частиц и др.
В зависимости от целей анализа и типов спектров выделяют несколько
методов спектрального анализа. Атомный и молекулярный спектральные анализы позволяют определять элементарный и молекулярный состав вещества,
соответственно. В эмиссионном и абсорбционном методах состав определяется
по спектрам испускания и поглощения.
Масс-спектрометрический анализ осуществляется по спектрам масс атомарных или молекулярных ионов и позволяет определять изотопный состав
объекта.
Среди различных аналитических (химических, физико-химических и др.)
методов изучения химического состава вещества оптический спектральный
анализ является одним из самых быстроразвивающихся и применяющихся
на практике методов анализа.
Круг вопросов, которые решаются методами спектрального анализа,
весьма обширен: анализ особо чистых веществ, бездефектный контроль готовых изделий, экспресс-анализ металлургического литья, разведка рудных
месторождений, анализ лунного грунта и состава звездного вещества, контроль
промышленных и бытовых сточных вод, загрязнения воздушного бассейна и
воздушной среды производственных помещений и т.д. В соответствии с этим
методы спектрального анализа берут себе на вооружение специалисты самых
различных областей знаний: металлурги, химики, биологи, астрономы, работники сельского хозяйства и медицины, физики и др.

33
Одним из главных достоинств спектрального анализа является его непревзойденно высокая экспрессность. В считанные секунды с помощью простейшего переносного стилометра проводится маркировочный анализ для контроля
химического состава поступающего сырья и материалов. Применение квантометра для экспресс-анализа плавки металла, например, в крупных конвертерах,
где весь процесс заканчивается за 30 мин, позволяет в течение одной минуты
произвести определение 10 – 12 элементов, что дает возможность своевременно
ввести необходимую корректировку в процесс плавки. Подобные примеры подтверждают необходимость знаний основ и методов спектрального анализа
современному инженеру [1].
2.4. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Термическая обработка – процесс изменения структуры стали, цветных
металлов, сплавов при нагревании и последующем охлаждении с определенной
скоростью. Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств стали, цветных металлов, сплавов. Химический состав
металла не изменяется.
Термическая обработка (термообработка) стали, сплавов бывает следующих видов: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.
Отжиг – термическая обработка (термообработка) металла, при которой
производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термобработка (т.е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры
нагрева, скорости охлаждения металла).
Отжиг – процесс термообработки металла, при котором производится
нагревание, затем медленное охлаждение металла. Переход структуры
из неравновесного состояния до более равновесного.
Отжиг первого рода, его виды: возврат (он же отдых металла), рекристаллизационный отжиг (рекристаллизация), отжиг для снятия внутренних напряжений, диффузионный отжиг (гомогенизация).

34
Отжиг второго рода – изменение структуры сплава посредством перекристаллизации около критических точек с целью получения равновесных
структур.
Отжиг второго рода, его виды:
– полный;
– неполный;
– изотермический.
Ниже рассмотрен отжиг, его виды, применительно к стали.
Возврат (отдых) стали – нагрев до 200…400 °C, отжиг для уменьшения
или снятия наклепа. По результатам отжига наблюдается уменьшение искажений кристаллических решеток у кристаллитов и частичное восстановление
физико-химических свойств стали. [6]
Рекристаллизационный отжиг стали (рекристаллизация) – нагрев до температур 500…550 °C; отжиг для снятия внутренних напряжений – нагрев
до температур 600…700 °C. Эти виды отжига снимают внутренние напряжения
металла отливок от неравномерного охлаждения их частей, также в заготовках,
обработанных давлением (прокаткой, волочением, штамповкой) с использованием температур ниже критических. Вследствие рекристаллизационного отжига из деформированных зерен вырастают новые кристаллы, ближе к равновесным, поэтому твердость стали снижается, а пластичность, ударная вязкость
увеличиваются. Чтобы полностью снять внутренние напряжения стали нужна
температура не менее 600 °C. Охлаждение после выдержки при заданной температуре должно быть достаточно медленным: вследствие ускоренного охлаждения металла вновь возникают внутренние напряжения.
Диффузионный отжиг стали (гомогенизация) применяется тогда, когда
сталь имеет внутрикристаллическую ликвацию. Выравнивание состава в зернах
аустенита достигается диффузией углерода и других примесей в твердом состоянии, наряду с самодиффузией железа. По результатам отжига сталь становится
однородной по составу (гомогенной), поэтому диффузионный отжиг называет
также гомогенизацией. Температура гомогенизации должна быть достаточно

35
высокой, однако нельзя допускать пережога, оплавления зерен. Если допустить
пережог, то кислород воздуха окисляет железо, проникая в толщу его, образуются кристаллиты, разобщенные окисными оболочками. Пережог устранить
нельзя, поэтому пережженные заготовки являются окончательным браком.
Диффузионный отжиг стали обычно приводит к слишком сильному укрупнению зерна, что следует исправлять последующим полным отжигом (на мелкое
зерно).
Полный отжиг стали связан с фазовой перекристаллизацией, измельчением зерна при температурах точек АС1 и АС2. Назначение его – улучшение
структуры стали для облегчения последующей обработки резанием, штамповкой или закалкой, а также получение мелкозернистой равновесной перлитной
структуры готовой детали. Для полного отжига сталь нагревают на 30…50 °C
выше температуры линии GSK и медленно охлаждают. После отжига избыточный цементит (в заэвтектоидных сталях) и эвтектоидный цементит имеют форму пластинок, поэтому и перлит называют пластинчатым.
При отжиге стали пластинчатый перлит заготовки оставляют в печи
до охлаждения, чаще всего при частичном подогреве печи топливом, чтобы
скорость охлаждения была не больше 10…20 °C в час. Отжигом также достигается измельчение зерна. Крупнозернистая структура, например, доэвтектоидной
стали, получается при затвердевании вследствие свободного роста зерен (если
охлаждение отливок медленное), а также в результате перегрева стали.
Эта структура называется видманштетовой (по имени австрийского астронома
А. Видманштеттена, открывшего в 1808 г. такую структуру на метеорном
железе). Такая структура придает низкую прочность заготовке. Структура
характерна тем, что включения феррита (светлые участки) и перлита (темные
участки) располагаются в виде вытянутых пластин под различными углами
друг к другу. В заэвтектоидных сталях видманштетова структура характеризуется штрихообразным расположением избыточного цементита. Размельчение
зерна связано с перекристаллизацией альфа-железа в гамма-железо; вследствие
охлаждения и обратного переходе гамма-железа в aльфа-железо мелкозерни-

36
стая структура сохраняется. Таким образом, одним из результатов отжига
на пластинчатый перлит является мелкозернистая структура.
Неполный отжиг стали связан с фазовой перекристаллизацией лишь при
температуре точки АС1; неполный отжиг применяется после горячей обработки
давлением, когда у заготовки мелкозернистая структура.
Отжиг стали на зернистый перлит применяют обычно для эвтектоидных,
заэвтектоидных сталей, для повышения пластичности, вязкости стали и уменьшения ее твердости. Для получения зернистого перлита сталь нагревают выше
точки АС1, затем выдерживают недолго, чтобы цементит растворился в аустените не полностью. Затем сталь охлаждают до температуры несколько ниже
Ar1, выдерживают при такой температуре несколько часов. При этом частицы
оставшегося цементита служат зародышами кристаллизации для всего выделяющегося цементита, который нарастает округлыми (глобулярными) кристаллитами, рассеянными в феррите. Свойства зернистого перлита существенно отличаются от свойств пластинчатого в сторону меньшей твердости, но большей
пластинчатости и вязкости. Особенно это относится к заэвтектоидной стали,
где весь цементит (как эвтектоидный, так избыточный) получается в виде
глобулей.
Изотермический отжиг – после нагрева и выдержки сталь быстро охлаждают до температуры несколько ниже точки А1, затем выдерживают при этой
температуре до полного распадения аустенита на перлит, после чего охлаждают
на воздухе. Применение изотермического отжига значительно сокращает время,
а также повышает производительность. Например, обыкновенный отжиг легированной стали длится 13…15 ч, а изотермический – всего 4…7 ч.
Закалка – термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры
выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре
для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой
вид термообработки – отпуск [6].

37
Различают закалку с полиморфным превращением, для сталей, и закалку
без полиморфного превращения, для большинства цветных металлов. Материал, подвергшийся закалке, приобретает большую твердость, но становится
хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При
отпуске имеет место некоторое снижение твердости и прочности материала.
В зависимости от температуры нагрева, закалку подразделяют на полную
и неполную. В случае полной закалки материал нагревают на 30…50 °С выше
линии GS для доэвтектоидной стали и эвтектоидной, заэвтектоидная линия
PSK, в этом случае сталь приобретает структуру аустенит и аустенит + цементит. При неполной закалке производят нагрев выше линии PSK диаграммы, что
приводит к образованию избыточных фаз по окончании закалки. Неполная
закалка, как правило, применяется для инструментальных сталей. Закалка снимается отпуском материала. В некоторых изделиях закалка выполняется частично, например при изготовлении японских катан, закалке подвергается
только режущая кромка меча.
При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всем интервале температур, а только в пределах 650…400 °C, т.е. в том интервале температур, в котором аустенит менее всего устойчив, быстрее всего превращается в феритноцементитную смесь. Выше 650 °C скорость превращения аустенита мала,
и поэтому смесь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур
медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или
превращение аустенита в перлит.
Механизм действия закалочных сред (вода, масло, водополимерная закалочная среда (Термат), а также охлаждение деталей в растворах солей) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образу-

38
ется пленка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой
рубашки, т.е. относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости),
при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть
на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.
Первый этап относительно медленного кипения называется стадией пленочного кипения, второй этап быстрого охлаждения – стадией пузырькового
кипения. Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения
жидкости, жидкость кипеть уже не может, и охлаждение замедлится. Этот этап
носит название конвективного теплообмена.
Способы закалки.
Закалка в одном охладителе – нагретую до определенных температур
деталь погружают в закалочную жидкость, где она остается до полного
охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.
Прерывистая закалка в двух средах – этот способ применяют при закалке
высокоуглеродистых сталей. Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например, воде), а затем – в медленно охлаждающей (масло).
Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной
струей воды и обычно ее применяют тогда, когда нужно закалить часть детали.
При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно
производится в индукторах на установках ТВЧ.
Ступенчатая закалка – закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной
стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна
приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, т.е. превращение аустенита в мартенсит.

39
Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической
закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени,
чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.
Отпуск – термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в
стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость
металла.
Отпуск стали смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит
до температуры ниже критической. При этом в зависимости от температуры
нагрева могут быть получены состояния мартенсита, троостита или сорбита
отпуска. Эти состояния несколько отличаются от соответственных состояний
закалки по структуре и свойствам: при закалке цементит (в троостите и сорбите) получается в форме удлиненных пластинок, как в пластинчатом перлите.
А при отпуске он получается зернистым, или точечным, как в зернистом
перлите.
Преимуществом точечной структуры является более благоприятное сочетание прочности и пластичности. При одинаковом химическом составе и одинаковой твердости сталь с точечной структурой имеет значительно более высокое относительное сужение y и ударную вязкость ан, повышенное удлинение d
и предел текучести sт по сравнению со сталью с пластинчатой структурой.
Мартенсит закалки имеет неустойчивую тетрагональную решетку,
а мартенсит отпуска – устойчивую центрированную кубическую решетку
альфа-железа.
Отпуск разделяют на низкий, средний и высокий в зависимости от температуры нагрева.
Для определения температуры при отпуске изделия пользуются таблицей
цветов побежалости. Тонкая пленка оксидов железа, придающая металлу различные быстроменяющиеся цвета – от светло-желтого до серого. Такая пленка

40
появляется, если очищенное от окалины стальное изделие нагреть до 220 °C;
при увеличении времени нагрева или повышении температуры окисная пленка
утолщается и цвет ее изменяется. Цвета побежалости одинаково проявляются
как на сырой, так и на закаленной стали.
При низком отпуске (нагрев до температуры 200…300 °C) в структуре
стали в основном остается мартенсит, который, однако, изменяется в решетку.
Кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора углерода в альфа-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение пластических и
вязких свойств стали, а также уменьшение внутренних напряжений в деталях.
Для низкого отпуска детали выдерживают в течение определенного времени
обычно в масляных или соляных ваннах. Если для низкого отпуска детали
нагревают на воздухе, то для контроля температуры часто пользуются цветами
побежалости, появляющимися на поверхности детали. Появление этих цветов
связано с интерференцией белого света в пленках окисла железа, возникающих
на поверхности детали при ее нагреве. В интервале температур от 220 до 330 °C
в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого. Низкий отпуск применяется для режущего, измерительного инструмента и
зубчатых колес.
При среднем (нагрев в пределах 300…500 °C) и высоком (500…700 °C)
отпуске сталь из состояния мартенсита переходит соответственно в состояние
троостита или сорбита. Чем выше отпуск, тем меньше твердость отпущенной
стали и тем больше ее пластичность и вязкость. При высоком отпуске сталь получает наилучшее сочетание механических свойств, повышение таких показателей как прочность, пластичность и вязкость, поэтому высокий отпуск стали после закалки ее на мартенсит применяют для термической обработки кузнечных
штампов, пружин, рессор, а высокий – для многих деталей, подверженных действию высоких напряжений (например, осей автомобилей, шатунов двигателей).
Для некоторых марок стали отпуск производят после нормализации. Этот
относится к мелкозернистой легированной доэвтектоидной стали (особенно
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
