Продукция
Композитные материалы завоевали свою популярность, несмотря на высокую стоимость, в отраслях, где механические свойства должны сочетаться с низким весом и возможностью выдерживать высокие нагрузки. Наиболее часто упоминаются авиакосмические компоненты (хвосты, крылья, фюзеляж, пропеллеры), корпуса и весла суден, кузова автомобилей, велосипедные рамы, удилища. Крылья и фюзеляж нового Боинга 787 Dreamliner более чем на 50% выполнены из композитных материалов.
СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ В ПРОПИТЫВАЕМОМ И НЕ ПРОПИТЫВАЕМОМ МАТЕРИАЛЕ. ПРИМЕРЫ.
ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.
По виду исходного сырья строительные материалы делят на природные и искусственные, минеральные и органические.
Природные, или естественные, строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки древесных материалов. Этим материалам при изготовлении изделий из них придают определенную форму и рациональные размеры, не изменяя их внутреннего строения, химического и вещественного состава. Чаще других из природных используют древесные и каменные материалы и изделия. Кроме них, в готовом к употреблению виде или при механической обработке можно получить природный битум или асфальт, камыш, торф, костру и другие природные продукты.
Искусственные строительные материалы разделяют по главному признаку их отвердевания (формирования структурных связей) на:
• безобжиговые - материалы, отвердевание которых проис
ходит при обычных, сравнительно невысоких температурах с
кристаллизацией новообразований из растворов, а также мате
риалы, отвердевание которых происходит в условиях автоклавов
при повышенных температуре (175...200 °С) и давлении водя
ного пара (0,9... 1,6 МПа);
• обжиговые - материалы, формирование структуры которых происходит в процессе их термообработки в основном за счет твердофазовых превращений и взаимодействий.
Указанное деление является отчасти условным, ибо не всегда возможно определить четкую границу между материалами.
В конгломератах безобжигового типа цементирующие вяжущие представлены неорганическими, органическими, полимерными, а также смешанными (например, органоминеральными) продуктами. К неорганическим вяжущим относят клинкерные цементы, гипсовые, магнезиальные и др.; к органическим -битумные и дегтевые вяжущие вещества и их производные; к полимерным - термопластичные и термореактивные полимерные продукты.
В конгломератах обжигового типа роль вяжущего играют керамические, шлаковые, стекольные и каменные расплавы.
Органические вяжущие вещества позволяют получать конгломераты, отличающиеся: по температуре их применения в строительстве - горячие, теплые и холодные асфальтобетоны; по удобообрабатываемости - жесткие, пластичные, литые и др. ; по размеру частиц заполнителя - крупно-, средне- и мелкозернистые, а также тонкодисперсные.
Полимерные вяжущие вещества - важные компоненты при изготовлении полимербетонов, строительных пластмасс, стеклопластиков и других, нередко называемых композиционными материалами.
Классификация искусственных строительных материалов (конгломератов), объединяемая общей теорией, расширяется с появлением новых вяжущих веществ, разработкой новых искусственных заполнителей, новых технологий или существенной модернизацией существующих, созданием новых комбинированных структур.
ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ СТАЛЬ, ЕЕ КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ.
ВРЕДНЫЕ ПРИМЕСИ В МЕТАЛЛАХ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЯ.
ТИПЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ, ИХ ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА.
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
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.
Декоративная обработка металлов может осуществляться механическим
способом (чеканкой, гравировкой) и нанесением защитно-декоративных покрытий
(эмалированием, чернением, оксидированием, золочением, серебрением,
родированием)
А) Чеканка.
Процесс получения на заготовке рельефного изображения посредством
холодной обработки, т.е. ударов молотка по чекану или с помощью штампов ,
называется чеканкой. Различают механизированную и ручную чеканку. В
качестве материала используют листовой металл – золото, серебро, медь,
мельхиор, алюминий.
Б) Гравирование.
Издавна гравирование считалось одним из распространенных методов
декоративной обработки металлов. Сущность процесса заключается в вырезании
на заготовке определенных рисунков. Орнаментов, изображений. Вырезание
производят специальным инструментом – штихелями.
В) Эмалирование.
Искусство нанесения эмали известно со времени древнего Египта и всегда
требовало исключительного мастерства и высокой профессиональной культуры.
Составы эмалей, способы их приготовления и методы их нанесения всегда
держались в секрете.
Эмаль представляет собой легкоплавкое сложное стекло сложного
состава, предназначенное для наплавления на металл. Цвет эмалей – самый
разнообразный и достигается за счет введения в сплав соответствующих
красителей. Различают эмали холодные и горячие, прозрачные и непрозрачные.
Г) Чернение.
Чернение как один из видов декоративной обработки металлов применяют с
давних пор. Изделия с чернью, обнаруженные на территории нашей страны при
раскопках курганов Северного Причерноморья, относятся к V – III векам до
нашей эры. Сущность процесса чернения заключается в нанесении на заданные
участки изделия легкоплавкого сплава черного цвета – черни. Чернью украшают
изделия из золота и серебра, сплавов меди
Д) Другие способы обработки.
Оксидирование – предназначено для защиты от потускнения. Сущность
процесса заключается в нанесении на поверхность изделия химически стойкой
защитной пленки.
Процесс гальванического покрытия – представляет собой осаждение одного
металла на другой в среде электролита. Цель таких покрытий – придать
изделиям определенный декоративный вид, повысить их механические
характеристики.
Е) Техника филиграни.
В художественной обработке металлов особое место занимает техника
филиграни или скани (от древнерусского скать – свивать), которая состоит в
образовании сложных кружевных узоров из разной длины отрезков тонкой
проволоки, гладкой или крученой, круглой или плоской. Элементы филигранного
узора бывают самыми разнообразными: в виде, веревочки, шнурка, плетения,
елочки, дорожки, глади и т.д. В единое целое элементы филиграни соединяются
при помощи пайки. Часто филигрань сочетают с зернью, представляющей собой
металлические мелкие шарики, которые напаивают в заранее подготовленные
ячейки. Зернь создает эффектную фактуру, игру светотени, благодаря чему
изделия приобретают особо нарядный, изысканный вид.
Материалами для филигранных изделий служат сплавы золота, серебра,
платины, медь, латунь, мельхиор, нейзильбер. Нередко филигрань сочетается
с эмалью (в том числе финифтью), гравировкой, чеканкой.
Различают филигрань ажурную и фоновую или напайную. Ажурная филигрань –
это своеобразный кружевной узор с насквозь просматривающимся рисунком.
Филигрань, напаянная на специально подготовленный фон, сплошной (глухая
филигрань) или филигранный (ажурный), называется фоновой. И ажурная, и
фоновая филигрань бывает плоской и объемной.
СПОСОБЫ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ МЕТАЛЛА, ПРИВЕСТИ ПРИМЕРЫ.
Литейное производство – один из старейших и до настоящего времени основных способов получения металлических изделий и заготовок для различных отраслей промышленности. Литые детали используются не только в машиностроении и приборостроении. Они применяются в домостроении и дорожном строительстве, являются предметами быта и культуры. Это обусловлено тем, что этот способ позволяет получать заготовки и детали из разных сплавов практически любой конфигурации, с любыми структурой, макро- и микрогеометрией поверхности, массой от нескольких граммов до сотен тонн, с любыми эксплуатационными свойствами. При необходимости и экономической оправданности требуемые показатели достигаются без использования других технологических процессов (механической обработки, сварки, термической обработки и др.).
В настояние время для получения литых деталей уже используется несколько десятков технологических процессов и их вариантов, обладающих достаточно широкой универсальностью или пригодных для изготовления узкой номенклатуры определенных отливок. Исторически сложилось деление этих способов на обычные, под которыми чаще всего подразумевают литье в песчано-глинистые формы, и специальные – это все остальные виды литья. С увеличением числа методов и вариантов получения отливок все острее ощущается необходимость в более четкой и детальной их классификации по основным общим признакам с целью систематизации изложения сущности разных методов, с тем, чтобы облегчить понимание заложенных в них принципов и создание новых более эффективных способов литья.
Главными признаками обычного традиционного метода литья в песчано-глинистые формы можно считать такие важнейшие характеристики литейной формы – основного инструмента технологического процесса, как то, что она является разовой и разъемной. Литейная форма выполняется из дисперсных огнеупорных материалов, упрочняемых при изготовлении механическими, химическими, физическими или комбинированными способами. Дополнительным, но обязательным признаком литья в песчано-глинистые формы, является то, что заполнение формы расплавом ведется обычным гравитационным методом сверху из ковша через общепринятую литниковую систему.
Другие характеристики формы (объемная, оболочковая, опочная, без-опочная, кесонная и т. д.) – составы и свойства формовочных смесей, способы их уплотнения или упрочнения, характеристики отливок и сплавов для их изготовления, масштабы производства и пр. – определяют лишь варианты этого технологического процесса и типы оборудования для выполнения конкретных операций.
Указанный технологический процесс литья в песчано-глинистые формы и варианты его осуществления являются предметом рассмотрения первой части дисциплины – «Литейное производство».
Из многочисленных разнообразных специальных видов литья в первую очередь целесообразно выделить способы, обладающие характерными признаками, отличными от обычной традиционной технологии литья в песчано-глинистые формы.
Сначала отметим процессы с резко отличными признаками литейной формы.
Первая группа – литье в разовые неразъемные литейные формы из дисперсных материалов с сохранением гравитационного метода заполнения формы сверху из ковша через литниковую систему, как в традиционной способе.
Отличительной особенностью этих методов является использование разовой модели, которую для удаления из неразъемной формы разрушают каким-либо способом до заполнения формы расплавом или даже в процессе заполнения формы. В эту группу входят методы литья по выплавляемым, выжигаемым, растворимым и газифицируемым моделям. Наиболее распространенным в настоящее время в этой группе является литье по выплавляемым моделям, а новым и развивающимся процессом – литье с использованием моделей из фотополимерных материалов.
Вторая группа – литье в полупостоянные или постоянные разъемные формы с сохранением гравитационного метода заполнения формы сверху из ковша через литниковую систему.
Общим признаком этих методов является использование разборной литейная форма, состоящей из полупостоянных или постоянных и разовых эле-ментов. Конструкция формы должна позволять извлекать из нее отливку без повреждения многократно используемых элементов формы. Основной метод в данной группе – литье в кокиль. Известен также метод литья в углеродные (графитовые) формы. Для многократно используемых элементов литейной формы могут, видимо, применяться и другие материалы.
Характерным признаком третьей группы методов является наличие дополнительного воздействия на расплав при заполнении формы и затвердевании отливок. Тип и конструкция литейной формы при этом определяются требованиями к отливкам и способами воздействия на расплав и кристаллизующиеся отливки. В числе этих способов следующие:
а) запрессовка металла в форму с высокими скоростями поршневой системой – литье под давлением. Этот способ предусматривает применение лишь металлических разъемных литейных форм (пресс-форм), не исключается применение стержней и формообразующих вставок из дисперсных огнеупор-ных материалов;
б) способы литья при регулируемом, относительно невысоком газовом давлении – литье под низким давлением, с противодавлением, вакуумным всасыванием и др. В этих способах можно использовать разъемные и неразъ-емные литейные формы из любых материалов, обладающих достаточными огнеупорностью и прочностью;
в) центробежное литье фасонных отливок также связано с возможностью использования разнообразных известных конструкций литейных форм. Однако при центробежном литье тел вращения (труб, втулок, гильз и др.) обычно применяются формы специальной конструкции – изложницы;
г) к способам, основанным на других принципах заполнения форм, относятся литье выжиманием, литье погружением форм в расплав и др.
Воздействия на заливаемый в форму расплав, отмеченные в пунктах а), б), в) и г), продолжаются и после заполнения формы. Это способствует определенному повышению плотности отливок и улучшению качества их поверхности.
Аналогично можно выделить методы, в которых наиболее значимо воздействие на расплав в период кристаллизации. Их используют для получения особо плотных отливок и отливок со специальной микроструктурой.
Четвертая группа – литье под всесторонним газовым давлением (автоклавное литье) с использованием литейных форм из различных материалов; литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка), в котором чаще всего используют металлические формы.
Пятая группа – способы литья, использующие воздействие на расплав, оказывающее существенное влияние на формирование микроструктуры отливок. К их числу относятся методы с использованием электрического и электромагнитного воздействия на расплав до, во время или после поступления расплава в форму, обработка его ультразвуком и др.
Шестую группу образуют методы, основанные на формировании свойств отливок при непрерывных и полунепрерывных процессах литья. К этим процессам можно отнести: непрерывное литье с использованием стационарных и подвижных кристаллизаторов; литье вытягиванием из расплава и полунепрерывное литье, используемые для получения отливок постоянного профиля по длине; электрошлаковое литье, литье с последовательным заполнением; литье намораживанием и др. для получения фасонных отливок.
Седьмая группа – методы получения отливок с различными специаль-ными свойствами, к которым можно отнести: армирование отливок, изготовление отливок из композиционных материалов и пр.
В производстве литых заготовок специальные виды литья занимают значительное место. В настоящее время 70 – 75% общего объема производства отливок (в тоннах) получают обычным методом литья в песчаную форму и только 25 – 30% «специальными» методами. Однако эти данные далеко не точно характеризуют объем производства отливок с использованием специальных видов литья. Методами специального литья изготовляют некрупные отливки из черных металлов и подавляющее большинство, как правило более легких, отливок из цветных сплавов. Поэтому по числу получаемых отливок специальные методы не уступают обычному методу литья в песчаные формы.
ПРОЦЕСС И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РУЧНОЙ КОВКИ МЕТАЛЛОВ.
ВИДЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.
СПОСОБЫ РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ.
МЕТОД ГАЛЬВАНОТЕХНИКИ, ХАРАКТЕРИСТИКА ПОКРЫТИЯ.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ФОРМОВАНИЕ ГЛИН.
При крупном производстве и установившемся сбыте, машинная формовка значительно выгоднее ручной для таких, массами заготовляемых сортов товара, как кирпич, черепица, трубы и т. п., но необходимым условием для ее успешности является правильный выбор типа машины, соответствующего качествам имеющейся глины; для этого лучше всего, ранее, чем заказывать машину, послать на завод, которому будет поручен этот заказ, достаточное количество глины в том состоянии влажности, в котором ее предполагается формовать, для производства предварительных опытов. Формовочные машины вообще называются прессами. Их можно разделить на две главные группы: к первой относятся прессы, работающие на влажной, пластичной глине, которая продавливается прессом через отверстие требуемого очертания и выходит из него в виде непрерывной полосы или ленты, разрезаемой затем на отдельные куски потребной длины; такого рода прессы называются ленточными. Ко второй группе относятся ящичные прессы, работающие на более сухой глине, которая с большей или меньшей силою вдавливается ими в полость формы, в особенно сильных прессах этого рода, иногда с давлением до 200—400 атмосфер, формуется глина в виде сухого порошка, чем достигается чрезвычайная плотность массы; сформованные этим способом изделия могут поступать прямо в печь, не требуя предварительной сушки. 1. Ленточные прессы. В них длина продавливается к выпускному отверстию (мундштуку) или действием поршня, или парою вальцов, или же посредством вала с винтовыми лопастями. Поршневые прессы, дающие глиняную полосу ограниченной длины, применяются в редких случаях, напр., для формовки простых дренажных труб (с ручным приводом). Чаще всего встречается тип пресса, имеющего одновременно и вальцы и вал с винтовыми лопастями, при чем последние, на подобие ножей в описанной ранее глиномятке, собственно давят глину к отверстию мундштука, а вальцы подают глину в цилиндрическую камеру (тоншнейдер), в которой вращается вал с упомянутыми лопастями; вальцы заодно уплотняют глину и раздавливают случайные примеси. Вертикальный выпуск глиняной ленты сверху вниз применяется или при очень жидкой глине (пресс Игнатовича) во избежание оплывания кромок сырца, или при формовке крупных тонкостенных предметов, напр., керамиковых труб большого диаметра, которые могли бы от собственной тяжести деформироваться, лежа на боку. Для формовки таких труб, под мунштуком, выпускающим трубу, подвешивается приемная доска на цепях или снастях с противовесами, таким образом, чтобы она опускалась от легкого нажима на нее глиняной трубы. Для образования раструба, на эту доску кладется деревянный сердечник и кругом его кольцо из полосового железа, и мастер сперва задерживает опускание доски, пока глина, распираемая сердечником, не заполнит промежутка между кольцом и сердечником; далее, при формовке цилиндрической части трубы, доска опускается свободно. На время отрезания трубы проволокой такой пресс обыкновенно останавливают. Ленточные прессы, благодаря своей большой производительности, доходящей иногда до нескольких десятков тысяч сырца в день, наиболее распространены при выделке простых сортов товара; кирпича простого, лекального, полого, простейших форм черепицы, труб и пр.; на них же отрезаются иногда и куски глины для последующей окончательной формовки в ящичных прессах при выделке изделий, более сложных по форме и требующих большей точности. Кирпич, выделанный на ленточном прессе, всегда легко узнать по тому, что у него поверхности, образованные устьем мундштука — гладкие (иногда слабо волнистые в продольном направлении); только поверхности, получившиеся от разрезания проволокой — шероховаты и имеют дуговые царапины от песчинок, попадавших под проволоку. Гладкость поверхностей — недостаток такого кирпича, и кирпич ручной выделки, шероховатый вследствие обсыпания форм песком, лучше вяжется с раствором. Более серьезные недостатки, иногда замечаемые в ленточном кирпиче: спиральная слоистость вследствие действия винтовых лопастей тоншнейдера, а также внутренние напряжения вследствие неодинаковой скорости истечения глины из мундштука в центре глиняной ленты и по ее окружности (от трения глины о мундштук); напряжения эти часто проявляются в виде рваных кромок сырца, а также бывают причиной коробления изделий при сушке и обжиге. Недостатки эти устранены отчасти в американских прессах, где винтовые лопасти в тоншнейдере заменены поперечными крыльями, и глина выдавливается в деревянные обсыпанные песком формы, на подобие ручных; однако, производительность этих прессов гораздо менее, чем ленточных. 2. Ящичные прессы вообще состоят из формы или коробки, в которую вдавливается глина посредством поршня или штампа, плотно входящего в коробку. Давление штампу может быть сообщаемо различными приспособлениями: свободно падающим грузом, винтом, системой рычагов, или гидравлическим прессом. Дно иногда соединено с ее стенками наглухо, иногда же делается подвижным и поднимается во время опускания штампа, так что глина спрессовывается одновременно с обеих сторон. По окончании прессования либо форма опрокидывается, вываливая изделие на подставленную доску, либо изделие выталкивается из формы ее подвижным дном и руками сдвигается с формовочного стола. Наиболее сильное сжатие глины может быть достигаемо в гидравлических прессах. Сухое прессование, позволяя употреблять сухие непластичные глины, имеет еще и ту выгоду, что сухопрессованный кирпич не требует сушки и может идти прямо в печь; однако, обжиг должен быть непременно сильный, до спекания, так как при более слабом обжиге, достаточном для кирпича, сформованного из влажной, пластичной глины, сухопрессованный кирпич далеко еще не приобретает должной связи между частицами. При сильном же обжиге получается масса плотная, весьма тяжелая и прочная.
СОСТАВ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА. ПРИМЕР КОМПОЗИТА, ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ.
Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды. Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связей между ними. Характеристики создаваемого изделия, как и его свойства, зависят от выбора исходных компонентов и технологии их совмещения.
В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется композиция обладающая набором свойств, отражающими не только исходные характеристики его компонентов, но и включающий новые свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.
Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.
В последнее время материаловеды экспериментируют с целью создать более удобные в производстве, а значит — и более дешёвые материалы. Исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и пр.
Области применения композиционных материалов не ограничены. Они применяются в авиации для высоконагруженных деталей (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей, лопаток компрессора и турбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конструкций аппаратов, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, детали комбайнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений и т. д.) и в других областях народного хозяйства.
Применение композиционных материалов обеспечивает новый качественный скачек в увеличении мощности двигателей, энергетических и транспортных установок, уменьшении массы машин и приборов. Композиционные материалы с неметаллической матрицей, а именно полимерные карбоволокниты используют в судо- и автомобилестроении (кузова гоночных машин, шасси, гребные винты); из них изготовляют подшипники, панели отопления, спортивный инвентарь, части ЭВМ. Высокомодульные карбоволокниты применяют для изготовления деталей авиационной техники, аппаратуры для химической промышленности, в рентгеновском оборудовании и другом. Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типы графитов. Они применяются для тепловой защиты, дисков авиационных тормозов, химически стойкой аппаратуры. Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космической технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов, трансмиссионные валы вертолетов и т. д.). Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадиопромышленности, авиационной технике и т. д.