3.3.10. Другие виды литья

Литье намораживанием применяют для изготовления лент, труб с внутренними и наружными ребрами и других сложных профилей из малопластичных сплавов.

Литье биметаллических изделий осуществляют в машиностроении и приборостроении с целью получения в одной детали участков с различными физическими и механическими свойствами из разных сплавов. Биметаллические и многослойные литые изделия изготавливают заливкой жидкого металла на твердую, жидко-твердую или жидкую основу, либо послойной заливкой стационарных или вращающихся форм сплавами различного химического состава.

Литье выжиманием применяют для получения тонкостенных (2- 5мм) отливок типа панелей с большими габаритами размерами (2500 мм) преимущественно из алюминиевых и магниевых сплавов.

Литье методами жидкой прокатки представляет совмещенный способ литья и прокатки. Его применяют для изготовления лент и листов из алюминия, чугуна и других сплавов.

Жидкая штамповка или метод литья выдавливанием занимает промежуточное положение между литьем и объемной горячей штамповкой

Глава 4. Основы термической обработки

4.1. Общие вопросы

Термической обработкой называют технологические процессы теплового воздействия, состоящие из нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий по определенным режи­мам, с целью изменения структуры и свойств сплава, и в некоторых случаях, с изменением химического состава поверхностного слоя.

Термическая обработка может быть промежуточной и окончательной.

Главной задачей промежуточной термической обработки является снижение твердости стали для ее лучшей обрабатываемости режущим инструментом или обработкой металлов давлением.

Окончательная термическая обработка деталей преследует цель придать стали такие свойства, которые требуются в условиях эксплуатации деталей. С помощью термической обработки можно изменить прочность, жаропрочность, пластичность, вязкость, технологические свойства (ковкость, штампуемость, свариваемость, обрабатываемость резани­ем).

Любой процесс термической обработки может быть описан графиком в координатах тем­пература - время (рис. 4.1). Параметрами про­цесса термической обработки являются макси­мальная температура нагрева (t _max) сплава; вре­мя выдержки ( τ _k) сплава при температуре нагре­ва; скорость нагрева (V_н) и охлаждения (V_o). На практике обычно подсчитывают среднюю ско­рость нагрева или охлаждения. Она равна мак­симальной температуре нагрева, поделенной на время нагрева или охлаждения, т. е.

Vн.ср = t _max / τ _н и

Vо.cp = t _max / τ _o.

Рис. 4.1. График термической обработки

По классификации Бочвара А.А. различают четыре основных вида термической обработки:

1) отжиг 1 рода;

2) отжиг 2 рода;

3) закалка;

4) отпуск.

Рис.4.2. Виды термической обработки

А - отжиг 1 рода (общая схема); б – отжиг 2 рода; в- закалка ; г - отпуск

Отжиг 1 рода – Этот вид термической обработки возможен для любых металлов и сплавов. Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии.

Первым этапом термической обработки является нагрев. Он обуславливает протекание следующих процессов:

А) повышается подвижность атомов;

Б) частично и полностью устраняет химическую неоднородность;

В) уменьшает внутреннее напряжение, т.е. в целом способствует получению более равновесного состояния системы.

Основное значение имеют температуры нагрева, время выдержки и охлаждения.

Выбор температуры нагрева стали тесно связан с диаграммой состояния «железо – углерод», рис. 4.3.

Рис.4.3. Левый угол диаграммы состояния Fe — Fe₃C и температурные облас­ти нагрева при термической обработке сталей (а); схема режимов отжига, закалки, отпуска и нормализации сталей (б)

Чем сложнее форма изделия и больше его размеры, чем больше в стали содержания углерода и легирующих элементов (меньше теплопроводность стали), тем медленнее необходимо нагревать сталь. Если изделие поместить в среду, нагретую до высоких температур, то в начальный момент распределение температуры по сечению детали будет неравномерным (на поверхности изделия температура выше, чем в сердцевине). Это вызывает неодинаковое расширение различных слоев изделия, что может привести к деформации изделия и к появлению трещин.

Вторым этапом термической обработки является выдержка, которая должна обеспечить полный прогрев изделия по сечению для завершения фазовых превращений, а также полную гомогенизацию сплава. Время выдерж­ки при данной температуре зависит от формы и размеров изделия и от состава стали. Чем выше температура нагрева, тем меньшее требуется время выдерж­ки.

Третьим этапом термической обработки является охлаждение. Скорость и способ охлаждения главным образом определяют свойства стали после термической обработки.

Отжиг – это вид термической обработки, в результате которого понижается твердость, но повышается пластичность и вязкость стали.

Различают следующие разновидности отжига 1 рода.

Диффузионный отжиг (гомогенизирующий) используют для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации сплава (дендритной ликвации).

Выравнивание химического состава происходит благодаря диффузионным процессам, скорость которых зависит от температуры. Поэтому обычно темпера­тура такою отжига составляет 0,8 - 0,9 Т _пл. Время выдержки при этой температуре должно обеспечить вы­равнивание состава и растворение избыточных фаз.

Рекристаллизационный отжиг применяют после холодном пластической деформации (холодной обработки давлением) для снятия наклепа и получения равновесного состояния сплава. В результате рекристаллизации и деформированном металле образуются новые зерна, снимаются напряжения и восстанавливается пластичность металла.

Отжиг для снятия напряжений, возникаю­щих при ковке, сварке, литье и т. п., которые могут вызвать коробление, т.е. изменение формы, размеров и даже разрушение изделий.

Отжиг 2 рода связан с фазовыми превращениями при нагреве и охлаждении.

α →β β →α

нагрев охлаждение

α → β → α

Для сплавов – 1) полиморфные;

2) эвтектоидные;

3) перетектоидные превращения.