Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Последние посты в жж odin_moy_den

Виды закалки стали

Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.

Закаливание в одной среде

При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.

Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.

Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.

Ступенчатая закалка

Закалка сложных по составу сталей может производиться в несколько этапов. Для ускорения охлаждения крупных деталей из высоколегированных сталей, их сначала окунают в воду. Время пребывания детали определяется несколькими минутами. После этого закалка продолжается в масле.

Вода быстро охлаждает металл на поверхности. После этого деталь окунается в масло и остывает до критической температуры структурных преобразований 300–320⁰. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

Если калить массивные детали только в масле, температура изнутри затормозит остывание и значительно снизит твердость.

Изотермическая закалка

Закалить металл с высоким содержанием углерода сложно, особенно изделия из инструментальной стали — топоры, пружины, зубила. При быстром охлаждении в нем образуются сильные напряжения. Высокотемпературный отпуск снимает часть твердости. Закалка производится поэтапно:

  1. Нормализация для улучшения структуры.
  2. Нагрев до температуры закалки.
  3. Опускание в ванну с селитрой, прогретой до 300–350⁰, и выдержка в ней.

После закалки в селитровой ванне отпуск не нужен. Напряжения снимаются во время медленного остывания.

Изотермическая закалка

Светлая закалка

Технического термина «светлая закалка» не существует. Когда производится закалка легированных сталей, включая нагрев, в вакууме или инертных газах, металл не темнеет. Закалка в среде защитных газов дорогостоящая и требует специального оборудования отдельно на каждый тип деталей. Она применяется только при массовом изготовлении однотипной продукции.

В вертикальной печи деталь нагревается, проходя через индуктор, и сразу же опускается ниже — в соляную или селитровую ванну. Оборудование должно быть герметично. После каждого цикла с него откачивается воздух.

Закалка с самоотпуском

При быстром охлаждении в процессе закалки стали внутри детали остается тепло, которое постепенно выходит и отпускает материал — снимает напряжения. Делать самоотпуск могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания детали в охлаждающей жидкости.

Самоотпуск можно производить дома, если нужно незначительно увеличить твердость крепежа или мелких деталей. Необходимо уложить их на теплоизолирующий материал и сверху накрыть асбестом.

Уменьшение напряжений металла (низкий отжиг)

Остаточное напряжение металла является побочным явлением литья, ковки или некоторых видов термической или механической обработки и способны вызвать разрушение металла. Низкий отжиг применяется для того, чтобы полностью или частично снять эти напряжения.

Метод состоит в том, что отжиг совершается при температурном режиме ниже 700˚C на протяжении примерно 20 часов. Этого времени достаточно для практически полной ликвидации остаточных напряжений.

Промышленная термообработка

Особенности отжига 2-го рода

При обработке стали методами отжига 2-го рода происходит полное или частичное изменение структуры материала. Происходит этот процесс из-за двойной перекристаллизации, благодаря которой размеры зерен уменьшаются, а также происходит устранение внутренних напряжений.

В промышленном производстве этот вид отжига используется при проведении предварительной или окончательной обработки заготовки.

Существуют следующие виды отжига 2-го рода:

  • полный;
  • неполный;
  • сфероидизирующий отжиг;
  • изотермический.

Значение полного отжига

Эта технология применяется для создания мелкозернистой структуры стальных заготовок, произведенных методом ковки, литья или горячей штамповки. В результате обработки материал становится пластичным, исчезает внутреннее напряжение. Сталь приобретает однородную мелкозернистую структуру.

Методом полного отжига обрабатывается сталь, предназначенная для последующей обработки резанием и закаливания изделия.

При проведении полного отжига температура нагрева превышает установленные критические показатели на 40–50˚C.

Процесс неполного отжига

При этом виде термической обработки стали фазовые превращения, как правило, отсутствуют или проявляются в количестве, не имеющем какого-либо влияния на результат. Изделия или заготовки из стали подвергаются нагреву при температурах выше нижнего критического уровня. После выдерживания в нагретом состоянии в течение определенного времени, металл медленно охлаждается.

Отжиг на зернистый перлит (сфероидизация)

Сфероидизирующий отжиг широко используется для термообработки углеродистой и легированной инструментальной стали. Металл нагревается примерно на 30˚C выше критической точки, и выдерживают установленное количество времени. До 600˚C процесс охлаждения проходит очень медленно в печи, затем сталь остывает на воздухе. Благодаря такому способу обработки удается получить зернистую (округлую) форму перлита, что значительно облегчает обработку резанием заготовки.

Изотермический отжиг

Суть изотермического отжига стали заключается в накаливании металла, его быстрого охлаждения до определенного температурного уровня и выдержки до распада аустенита.

Далее, охлаждение продолжают на открытом воздухе.

Структура стали при использовании этого метода становится более однородной, как при полном отжиге. Преимущество изотермического способа заключается в том, что по сравнению с полным отжигом весь технологический процесс занимает меньше времени. Изотермическая обработка применяется в основном для отжига небольших изделий – штамповок, заготовок для инструментов.

Виды обработки металлов давлением

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

  • для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей — только обработкой резанием или с использованием предварительного пластического формоизменения, основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;
  • для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближённо формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.

Схема прокатки

Прокатка — процесс пластического деформирования тел между вращающимися приводными валиками.

Прессование

Прессование заключается в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы, причём форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы.

Волочение

Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы или через межвалковое пространство образованное двумя или более валками; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Ковка

Ковкой изменяют форму и размеры заготовки путём последовательного воздействия универсальным инструментом на отдельные участки нагретой заготовки.

Штамповка

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп), который состоит из матрицы, пуансона и дополнительных частей. Различают объёмную и листовую штамповку. При объёмной штамповке в качестве заготовки используют сортовой металл, разрезаемый на заготовки. На заготовку в процессе объемной штамповки воздействуют специализированным инструментом — пуансоном, при этом металл заполняет полость матрицы, приобретая её форму и размеры.

Листовая штамповка

Листовой штамповкой получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса). Обычно заготовка деформируется с помощью пуансона и матрицы.

Комбинации

Существуют также процессы, которые являются комбинациями из нескольких методов. Например, метод прокатка-волочение, прокатка-прессование и т.п..

Виды обработки

Все виды обработки металла давлением поделили на технологические группы. Сейчас себя зарекомендовали пять технологий:

  • прокатка;
  • ковка;
  • прессование;
  • волочение;
  • штамповка.

Прокатка, волочение и прессование производят детали одинакового диаметра. Ковка и штамповка среди видов обработки металлов давлением используются для изготовления деталей определенного вида. Правда, в дальнейшем изделия нужно дорабатывать механически.

Прокатка

При прокатке используют вращающиеся валики. Металл, прокатываясь между валиками, уменьшает диаметр поперечного сечения, превращаясь в требуемую форму. Для этого нужно специальное оборудование — прокатный стан.

Есть три способа обработки:

  • Продольная прокатка. Изделие прокатывается сквозь валики, а диаметр последовательно убавляется.
  • Поперечная. Здесь не используется поступательное движение. Используется для изготовления шаров, цилиндров и втулок.
  • Поперечно-винтовая прокатка требуется для производства полых деталей.

Именно прокатка занимает самую большую нишу в нынешней металлообработке — 80%.

Листовой и профильный прокат разделяются по исходным материалам. Листовым прокатом получают катаные листы до двух метров шириной, и длиной до девяти. Профильным прокатом обрабатывают изделия с круглым сечением.

Ковка

Технология ковки известна ещё из древних времён. Считается самым простым способом обработки металлических изделий. Для неё потребуются плоские бойки с гидравлическим прессом. Самый простой вариант ковки — горячий. Изделие разогревают до необходимой температуры. В зависимости от обрабатываемого металла меняется нужная температура.

После нагрева изделие помещается между плоскими бойками, чаще всего являющиеся двумя плитами. Нижняя неподвижна, а верхняя как раз может перемещаться. При использовании молота деталь кладут вниз, а верхним бойком наносятся удары.

С гидравлическим прессом процесс намного проще — деталь просто сжимают с двух сторон. А чтобы убрать возможные неровности, деталь кладётся на ребро, а затем процедура повторяется.

Прессование

Методом прессования, по сути, выдавливают деталь нужной формы из начальной фигуры. Сырьё помещают в закрытую форму и выдавливают нужное изделие через матрицу. Нужный инструмент для выдавливания называется пуансон.

Прессование применяют для работы с хрупкими металлами.

Горячее производство требуется металлам с высокой сопротивляемостью температурам. Олово, медь и алюминий без примесей подвергаются холодному варианту изготовления.


Прессование

Волочение

Обработка металла таким способом применяется в производстве проволоки. Через фильеру проволакивают заготовку, уменьшая её диаметр в сечении.

При необходимости используют горячий метод, но обязательного требования к этому нет. Для плавного утончения детали, заготовка проволакивается не один раз.

Этот способ обработки металла нужен, чтобы работать с прокатными материалами. Волок изготовлен из инструментальной стали, твёрдых сплавов или алмаза.

Сначала прут с одной стороны заостряют, затем проволакивают через фильеру с помощью клещей. Помимо проволоки производят трубы с тонкими стенками и иные полые профили.

Штамповка

ОМД штамповка деформирует заготовку в полости штампов. Эта полость полностью повторяет форму нужной детали, что повышает точность обработки. Чаще всего в качестве исходного сырья применяют продукты металлопроката, порезанные на части нужных размеров.

Существует два варианта штамповки: листовая и объёмная.

Объёмная штамповка требует использования пресса, молотов или определённых машин.

Штамп для листовой ОМД обработки включает в себя пуансон и матрицу, которые установлены в прессе. При холодной обработке итоговые изделия обладают минимумом шероховатостей и более прочные.

С помощью горячей штамповки металл под действием высокой температуры изменяется, подстраиваясь под штамп.

Обработка металлов давлением нашла больше распространения из-за сокращения необходимых ресурсов и времени. Самый простой вариант обработки — ковка, а максимально производительные — прокатка.

Виды обработки

Обрабатываемый давлением металл в зависимости от используемой технологии подвергается:

  1. прокатке;
  2. ковке;
  3. прессованию;
  4. волочению;
  5. объемному штампованию;
  6. листовому штампованию;
  7. обработке, выполняемой комбинированными способами.

Основные виды обработки металла давлением

Прокатка

Прокатка – это обработка давлением заготовок из металла, в ходе которой на них воздействуют прокатные валки. Целью такой операции, для выполнения которой необходимо использование специализированного оборудования, является не только уменьшение геометрических параметров поперечного сечения металлической детали, но и придание ей требуемой конфигурации.

Виды прокатных валков

На сегодняшний день прокатку металла выполняют по трем технологиям, для практической реализации которых необходимо соответствующее оборудование.

Продольная

Это прокатка, являющаяся одним из самых популярных методов обработки по данной технологии. Сущность такого способа обработки металла давлением заключается в том, что заготовка, проходящая между двумя валками, вращающимися в противоположные стороны, обжимается до толщины, соответствующей зазору между этими рабочими элементами.

Поперечная

По такой технологии обрабатывают давлением металлические тела вращения: шары, цилиндры и др. Выполнение обработки данного типа не предполагает, что заготовка совершает поступательное движение.

Поперечно-винтовая

Это технология, которая представляет собой нечто промежуточное между продольной и поперечной прокаткой. С ее помощью преимущественно обрабатываются полые металлические заготовки.

Виды прокатки металла

Ковка

Такая технологическая операция, как ковка, относится к высокотемпературным методам обработки давлением. Перед началом ковки металлическую деталь подвергают нагреву, величина которого зависит от марки металла, из которого она изготовлена.

Обрабатывать металл ковкой можно по нескольким методикам, к которым относятся:

  • ковка, выполняемая на пневматическом, гидравлическом и паровоздушном оборудовании;
  • штамповка;
  • ковка, выполняемая вручную.

При машинной и ручной ковке, которую часто называют свободной, деталь, находясь в зоне обработки, ничем не ограничена и может принимать любое пространственное положение.

Ручная ковка используется в кузнечных мастерских при изготовлении небольшого количества изделий

Машины и технология обработки металлов давлением по методу штамповки предполагают, что заготовка предварительно помещается в матрицу штампа, которая препятствует ее свободному перемещению. В результате деталь принимает именно ту форму, которую имеет полость матрицы штампа.

К ковке, относящейся к основным видам обработки металлов давлением, обращаются преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве. Разогретую деталь при выполнении такой операции располагают между ударными частями молота, которые называются бойками. При этом роль подкладных инструментов могут играть:

  • обычный топор:
  • обжимки различных типов;
  • раскатка.

Прессование

При выполнении такой технологической операции, как прессование, металл вытесняется из полости матрицы через специальное отверстие в ней. При этом усилие, которое необходимо для осуществления такого выдавливания, создается мощным прессом. Прессованию преимущественно подвергают детали, которые изготовлены из металлов, отличающихся высокой хрупкостью. Методом прессования получают изделия с полым или сплошным профилем из сплавов на основе титана, меди, алюминия и магния.

Прессование в зависимости от материала изготовления обрабатываемого изделия может выполняться в холодном или горячем состоянии. Предварительному нагреву перед прессованием не подвергают детали, которые изготовлены из пластичных металлов, таких как чистый алюминий, олово, медь и др. Соответственно, более хрупкие металлы, в химическом составе которых содержится никель, титан и др., подвергаются прессованию только после предварительного нагрева как самой заготовки, так и используемого инструмента.

Установка холодного прессования изделий из листового металла

Прессование, которое может выполняться на оборудовании со сменной матрицей, позволяет изготавливать металлические детали различной формы и размеров. Это могут быть изделия с наружными или внутренними ребрами жесткости, с постоянным или разным в различных частях детали профилем.

Существуют различные виды обработки материалов давлением:

  • прокатка;
  • ковка;
  • прессование;
  • волочение;
  • объемная штамповка;
  • листовая штамповка;
  • комбинированные методы.

Обработка металлов давлением: прокатка

Прокаткой называется вид пластической обработки, в процессе которого исходная заготовка обжимается вращающимися валками стана прокатного. Целью операции является уменьшение поперечного сечения заготовки и придания ей заданного профиля.

Способы прокатки

Существует три способа прокатки металла:

  • продольная: самый распространенный способ прокатки. Суть его заключается в следующем: заготовка пропускается между валками, вращающимися в разные стороны, при этом она обжимается до толщины, равной зазору между валками;
  • поперечная: применяется для обработки тел вращения (шаров, цилиндров, втулок и пр.). Заготовка при этом не имеет поступательного движения;

поперечно-винтовая: нечто среднее между двумя предыдущими способами. Применяется для изготовления полых заготовок.

Ковка

Ковка относится к высокотемпературным операциям. Заготовка предварительно нагревается до ковочной температуры, зависящей от конкретной марки металла.

Способы ковки:

  • ковка на молотах (пневматических, гидравлических и паровых);
  • штамповка;
  • ручная ковка.

Машинная (на молотах) и ручная ковка является свободной, так как металл при воздействии на него инструмента ничем не ограничен.

Штамповка свободной не является, так как заготовка находится в матрице штампа (т. е. ограничена со всех сторон). В результате штамповки металл принимает форму полости матрицы.

Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Для получения поковки разогретую заготовку помещают между ударными частями (бойками) молота. В качестве подкладных инструментов используются:

  • топор;
  • обжимка;
  • раскатка.

Прессование

Это способ обработки металла, в процессе которого он выдавливается прессом из полости матрицы через ее отверстие. Применяется для обработки хрупких металлов.

Прессованием получают полые и сплошные профили из титановых сплавов, алюминия, меди и магния – детали для автомобилей, самолетов, лопатки, подвески, трубы.

Прессование может быть горячим и холодным. Обработка пластичных материалов производится в холодном состоянии (олово, медь, чистый алюминий). Тугоплавкие металлы и сплавы (содержащие никель, титан и др.) прессуются только после предварительного нагрева заготовки и инструмента.

С помощью этой операции можно получить детали различной конфигурации, с ребрами (внутренними и наружными), постоянным или периодическим профилем по длине.

Прессование выполняется на прессах со сменной частью (матрицей). Матрицы изготавливаются из жаропрочных штамповых сталей.

Волочение

Волочением называется метод обработки металлов, в процессе которого заготовка круглого (или фасонного) профиля принудительно протягивается через фильеру (волоку). Примером может служить изготовление проволоки, когда заготовка большого диаметра (катанка) протягивается через ряд фильер, на выходе из которых получается проволока гораздо меньшего диаметра.

Операция классифицируется:

по типу волочения:

  1. сухое (через мыльный порошок);
  2. мокрое (через эмульсию мыльную).

по чистоте обработки поверхности:

  1. черновое;
  2. чистовое.

по кратности переходов:

  1. однократное;
  2. многократное (с несколькими переходами с постепенным уменьшением поперечного сечения заготовки).

по температуре:

  1. холодное волочение;
  2. горячее волочение.

Объемная штамповка

Метод обработки металла, при котором придание заготовке заданной формы осуществляется с помощью штампа. При этом течение металла ограничивается полостями его частей.

Существует две разновидности штампов: открытые и закрытые.

В открытых штампах между подвижными частями предусмотрен зазор, в который выдавливается избыток металла – облой. Его приходится удалять на последующей операции механической обработки. Штамповка в открытых штампах хороша тем, что не требуется предъявлять особых требований к массе заготовки.

Закрытые штампы такого зазора не имеют. Весь металл находится в замкнутом пространстве, облоя не образуется. Но в этом случае заготовка тщательно рассчитывается по объему.

НАС ОКРУЖАЕТ МИР ШТАМПОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

    Мир штампованных изделий охватывает области от тяжелого, энергетического машиностроения, авиационно-космической техники до нанотехнологий, направленных на управление свойствами материалов.

     Кузов и облицовка современного автомобиля полностью изготовлены из штампованных деталей.

   Кроме облицовочных деталей методами обработки давления изготавливаются все детали подвески, колесные диски, валы и

шестерни коробки передач, детали двигателя (поршни, шатуны, коленчатые и распределительные валы, клапаны), тормозные колодки, бензобаки, глушители и многие другие. Таким образом более чем на 90% современный автомобиль состоит из штампованных деталей.

     Однако, не стоит думать, что обработка давлением используется только в автомобильной промышленности. Производство авиатехники и железнодорожного транспорта, бытовой и оргтехники, строительных металлоконструкций и метизов, канцелярских товаров, военной техники, оружия и детских игрушек, мебели и сантехники, медицинского оборудования и инструмента, электрооборудования, радиоэлектроники и множества других товаров немыслимо в современном мире без обработки давлением.

     Кроме металлических изделий обработка давлением позволяет успешно обрабатывать пластмассы и другие современные синтетические и порошковые материалы.

                                  

Немного истории

Еще в древние времена мастера кузнецких дел использовали самые примитивные методы закалки. Для этого раскаленный кусок железа погружали в воду, масло или вино. Но время шло, и вместе с опытом развивались и способы закаливания металла.

В начале XIX века хрупкий чугун помещали в емкость со льдом и засыпали сахаром. После процесса нагревания продолжавшегося в течение 20 часов, чугун становился мягким и легко поддавался ковке.

Середина XIX века знаменательна тем, что русский изобретатель металлург Д. К. Чернов совершил выдающееся открытие. Он установил, что при смене температуры металл изменяет свои свойства.

Дмитрий Константинович Чернов стал основоположником науки изучающей свойства металлов –  материаловедения.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации