Термическая обработка металлов и сплавов

1.

Лекция 5 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

2.

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Пластическую деформацию в зависимости от температурного интервала, в котором она проходит
подразделяют на холодную – ниже 0,25…0,3 Тпл, тёплую – от 0,25…0,3 Тпл до 0,5…0,6 Тпл и
горячую – выше 0,5…0,6 Тпл.

3.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ХТО) ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ
СПЛАВОВ
ХТО – сочетание теплового и химического воздействия на материал с целью
изменения состава, структуры и свойств поверхностных слоёв изделий путём
диффузионного насыщения их металлами и неметаллами из внешней активной
среды
Влияние времени насыщения (а), температуры (б) и концентрации диффундирующего элемента (в) на
толщину диффузионного слоя

4.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
Цементация – процесс насыщения поверхности сплавов углеродом при
температурах 910-1050С.
Азотирование – диффузионное насыщение поверхности сплавов азотом в
парах аммиака при температурах 500-700С.
Цианирование и нитроцементация – совместное насыщение
поверхности изделий углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли
(цианирование) или в газовой смеси, состоящей из науглероживающего
газа и аммиака (нитроцементация).
Алитирование
–
диффузионное
насыщение
алюминием
порошкообразных смесях или расплаве при т-ре 900-1050С).
(в
Хромирование – диффузионное насыщение хромом (в порошкообразных
смесях хрома или феррохрома с добавками хромистого аммония и окиси
алюминия при т=рах 1000-1050С.
Силицирование, борирование – диффузионное насыщение кремнием и
бором, соответственно, для придания высокой коррозионной и
износостойкости.

5.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
цементация
Зависимость средних скоростей
газовой цементации
низкоуглеродистых сталей от
температуры и толщины слоя

6.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
цементация
Схема структуры цементованного слоя в стальном изделии

7.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
азотирование, цианирование, нитроцементация
Зависимость толщины
цианированного слоя от
продолжительности процесса
при температурах 940С (1) и
860С (2)

8.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
азотирование, цианирование, нитроцементация
Зависимость сопротивления усталости стальных
деталей при контактном нагружении от твёрдости
поверхностных слоёв. Материалы деталей и способы
их упрочнения:
1 – углеродистые и легированные стали,
2 – поверхностная закалка с газопламенным или
индукционным нагревом, объёмная закалка + отпуск,
3 – азотирование,
4 – цементация и нитроцементация, закалка + низкий
отпуск

9.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
диффузионное насыщение металлами и неметаллами

10.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

11.

Облучение паянных образцов ВТИП
Схема импульсной плазменной установки
“Десна-М”
мощность потока: W = 5 МВт/м2
число импульсов: N = 2
длительность импульса: ~ 20 мкс
трещина
БрХЦр
отсутстви
е трещин
БрХЦр
БрНХК

12.

Семинар 5
Литьё металлов и сплавов
Процесс
литейного
производства
включает
изготовление
моделей
и
стержневых
ящиков,
изготовление форм и стержней,
плавку и доводку металла, сборку
литейных форм и заполнение их
металлом, выбивку, обрубку и
очистку
отливок,
контроль
качества отливок, исправление
брака и окраску.

13.

Литьё металлов и сплавов
Все способы получения литых заготовок можно разделить на три группы: 1.
Изготовление отливок в разовых формах, выдерживающих однократное заполнение
металлом: литье в сухие и сырые песчаные формы; литье в оболочковые (корковые)
формы; литье по выплавляемым моделям (точное литье); литье по газифицируемым
(выжигаемым) моделям; литье по растворяемым моделям и др. 2. Изготовление отливок в
многократных (постоянных) формах, выдерживающих многократное заполнение
металлом: литье центробежным способом; литье в кокиль (металлическую форму); литье
под давлением; литье выжиманием; литье намораживанием; непрерывное литье, жидкая
штамповка и др. 3. Изготовление отливок в комбинированных и полупостоянных формах,
изготовляемых из металла со сменными песчаными стержнями или из огнеупорных
материалов: литье в облицованный кокиль; литье в кокиль со сменным стержнем;
центробежное литье в футерованную изложницу или со стержневой вставкой; литье в
формы из огнеупорных материалов (шамотные, керамические, асбестно-цементные,
графитовые).
Формовочные смеси для обычной ручной и машинной формовки состоят из
песка (основа смеси), связующих (глина, вода), противопригарных добавок (молотый
каменный уголь, пылевидный кварц, маршаллит, мазут), добавок, повышающих
податливость и газопроницаемость смеси (древесные опилки, лигносульфонит), которые
при соприкосновении с жидким металлом выгорают, образуя в смеси поры.
Стержневые смеси состоят в основном из песка и связующих веществ
(высыхающих – льняное масло, поливиниловый спирт, лигносульфонит; склеивающих –
сульфатный щёлок, декстрин, лигносульфонит; затвердевающих – торфяной и древесный
пек, канифоль).

14.

Литьё металлов и сплавов
Кокиль — это металлическая разъемная или неразъемная, многократно
используемая литейная форма, изготовляемая из чугуна, стали, алюминиевых
сплавов с анодированной поверхностью или меди.
Кокиль: 1,4 – матрицы, 2 – воронка литниковой
системы, 3 – песчаный стержень

15.

Литьё металлов и сплавов
Литье под давлением — это процесс получения отливок в металлических
формах, называемых пресс-формами, в которые расплавленный металл
поступает через литниковую систему под высоким давлением.

16.

Литьё металлов и сплавов
Центробежное литье — это способ получения литых заготовок во вращающихся
металлических формах-изложницах, рабочая поверхность которых покрыта огнеупорной
краской или футерована огнеупорной смесью, внутрь которых заливается расплавленный
металл.

17.

Литьё металлов и сплавов
Схеме процесса изготовления
отливок по выплавляемым
моделям:
а – изготовление модели;
б – изготовление формы;
в – заливка формы сплавом;
1 – отливка, 2 – пресс-форма
для модели
Отливки по выплавляемым моделям: материал модели - парафин, стеарин,
канифоль, воск и другие материалы с температурой плавления 50—80°С.

18.

Обработка металлов давлением
Основные процессы:
прокатка, волочение, прессование, ковка, объемная и листовая штамповка
Пластическая деформация металла может быть холодной или горячей. В результате
холодной деформации прочностные свойства металла и твердость с ростом степени
деформации увеличиваются, а его пластические свойства уменьшаются, структура металла
становится мелкозернистой и полосчатой (строчечной). При горячей обработке давлением в
металле протекают одновременно процессы упрочнения и разупрочнения. Скорость процесса
разупрочнения, вызванного рекристаллизацией, обычно превышает скорость процесса
упрочнения.
Схема
высокотемпературной
(а) и
низкотемпературной
(б) термомеханической
обработки

19.

Обработка металлов давлением
Прокатка — процесс, при котором слиток или заготовка под действием сил
трения втягивается в зазор между вращающимися валками прокатного
стана и пластически деформируется ими с уменьшением сечения. Основные
виды прокатки следующие: продольная, поперечная и поперечно-винтовая.
Схемы рабочих клетей прокатных станов: а-двухвалковые (дуо), б-трёхвалковые
(трио), в-четырёхвалковые (кварто), д,е-многовалковые, ж-универсальные

20.

Обработка металлов давлением
При продольной прокатке валки
вращаются в разные стороны, а
заготовка
перемещается
перпендикулярно к осям валков,
обжимается
с
уменьшением
площади поперечного сечения и
увеличением длины.
При поперечной прокатке валки с параллельными
осями вращаются в одну сторону, приводя во
вращательное
движение
заготовку,
которая
пластически деформируется вдоль валков.

21.

Обработка металлов давлением
При поперечно-винтовой прокатке валки расположены под углом и, вращаясь
в одну сторону, придают заготовке одновременно вращательное и
поступательное движения, вследствие чего заготовка втягивается в зазор
между валками.
Схемы поперечно-винтовой (косой) прокатки на станах с различными валками:
а) бочкообразными, б) дисковыми, в) грибовидными

22.

Обработка металлов давлением
Волочение — процесс протягивания заготовки через постепенно сужающееся
отверстие в инструменте, называемом в о л о к о й. При этом поперечное сечение
заготовки уменьшается, а ее длина увеличивается. Волочение выполняют в
холодном состоянии.
Схема волочения сплошного
профиля
Схема волочения труб: а – на короткой неподвижной
оправке, б – на длинной движущейся оправке, в – на
плавающей оправке, г – без оправки

23.

Обработка металлов давлением
Ковкой называют процесс горячей обработки давлением, при котором путем
многократного действия универсального подкладного инструмента или бойков металл
заготовки пластически деформируется, постепенно приобретая заданные форму,
размеры и свойства.
Операции свободной ковки: а – осадка, б- высадка, в – протяжка , г – рубка, д – прошивка,
е – раскатка, ж – гибка, з - кручение , и – кузнечная сварка

24.

Обработка металлов давлением
Прессованием называют процесс выдавливания металла заготовки из замкнутой
полости инструмента — контейнера через отверстие матрицы с площадью меньшей,
чем площадь поперечного сечения заготовки.
Объемная штамповка — придание заготовке заданной формы и размеров путем
заполнения материалом рабочей полости штампа. Полость штампа, которую
заполняет металл при штамповке, называют ручьем.
Х о л о д н а я ш т а м п о в к а.
Выдавливание — образование заготовки путем пластического течения материала в
полости штампа. Материалом для выдавливания служат цветные металлы и сплавы,
а также стали в виде заготовок, изготовленных из сортового и листового проката.
Холодная высадка — образование местных утолщений на заготовках, например
головок заклепок.
Листовая штамповка — способ изготовления плоских и объемных тонкостенных
изделий из листов, полос или лент с помощью штампов на прессах или без их
применения (беспрессовая штамповка).
Схема прессования панели: 1 – матрица, 2 – контейнер, 3 – пуансон,
4 – заготовка, 5 – пресс-шайба, 6 – втулка, 7 – матрицедержатель,
8 – пресс-изделие

25.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
Обработка металлов резанием – точение, сверление, фрезерование, строгание,
шлифование - предназначена для придания изделиям необходимой формы, размеров и качества
поверхности. Это достигается в большинстве случаев удалением лишнего металла (припуска) с
заготовок.
При точении заготовка совершает вращательное движение (движение резания), а
режущий инструмент (резец) поступательное вдоль оси заготовки (движение подачи).
При сверлении
в большинстве случаев режущему инструменту (сверлу) сообщаются
одновременно два движения: вращательное (движение резания) и прямолинейное
поступательное (движение подачи); при этом заготовка остается неподвижной в процессе
резания.
При фрезеровании режущий инструмент (фреза) получает вращательное движение
(движение резания), а заготовка — поступательное перпендикулярно оси вращения инструмента
(движение подачи).
При шлифовании режущий инструмент (шлифовальный круг) получает вращательное
движение (движение резания), а заготовка —круговую и прямолинейную подачи (при
шлифовании цилиндрических поверхностей) и прямолинейную подачу(при шлифовании
плоскостей).
При строгании на поперечно-строгальных станках прямолинейное возвратнопоступательное движение (движение резания) сообщается резцу, а движение подачи —
заготовке. При работе на продольно-строгальных станках движение резания сообщается
обрабатываемой детали, а движение подачи — резцу.