64. Что называют холодной и горячей пластической деформацией?

Обработка давлением (пластическая деформация) ниже температуры рекристаллизации вызывает наклеп и называется холодной обработкой давлением

При пластической деформации выше температуры рекристаллизации упрочнения (наклепа) не происходит. Такую обработку называют горячей. Пластическое деформирование выше температуры рекристаллизации, хотя и приводит к упрочнению, но это упрочнение устраняется процессом рекристаллизации, протекающим при этих температурах. Рекристаллизация протекает сразу после деформации и тем быстрее, чем выше температура. При высокой температуре, значительно превышающей температуру рекристаллизации, она завершается в доли секунд.

Таким образом, пластическое деформирование железа при 600 ⁰С следует рассматривать как горячую обработку, а при 400 ⁰С – как холодную. Для алюминия деформирование при 400 ⁰С – это горячая обработка. Свинец и олово называют ненаклепываемыми металлами, т.к. их температура рекристаллизации ниже 20 ⁰С.

Горячую обработку применяют для изготовления крупных или трудно деформируемых деталей с целью уменьшения деформирующих сил, а, следовательно, уменьшения мощности оборудования. Недостаток горячей деформации – окисление поверхности и образование окалины, что ухудшает качество поверхности.

Холодная деформация позволяет получать высокую точность размеров изделия и лучшее качество поверхности, направленно улучшает эксплуатационные свойства детали.

В общем случае необходимо рационально сочетать холодную и горячую деформацию, а также число и режимы разных видов термической обработки.

65. Упрочнение металла в результате его пластического деформирования ниже температуры рекристаллизации называют наклепом или нагартовкой.

66. Рекристаллизация – это процесс восстановления структуры наклепанного металла (процесс образования новых равноосных зерен взамен деформированных, вытянутых), а следовательно и восстановление механических свойств в результате последующего нагрева до температур выше так называемого порога рекристаллизации. Т_р = а • Т_пл, где Т_р - абсолютная температура порога рекристаллизации в градусах К, а –коэффициент, зависящий от состава и структуры металла, Т_пл - температура плавления сплава в градусах К

67. Что называют рекристаллизационным отжигом?

Чтобы восстановить структуру и свойства наклепанного (упрочненного) металла, например, при необходимости продолжить обработку давлением путем холодной прокатки, волочения и т.п., его надо нагреть выше температуры рекристаллизации и выдержать для протекания рекристаллизационных процессов. Такую термическую обработку называют рекристаллизационным отжигом.

68. Основные виды обработки металов давлением (ОМД): прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка. Прокатка, прессование и волочение применяют для получения заготовок постоянного сечения по длине (прутки, проволока, ленты, листы).

69. Прокатка – способ ОМД, при котором процесс деформации осуществляется сдавливанием металла (слитка или отливки) между вращающимися цилиндрами (валками) на специальных машинах – прокатных станах. Инструментом являются валки. Их изготовляют из углеродистой и легированной инструментальной стали, а также из высокопрочного чугуна с отбеленным поверхностным слоем. Существует три вида прокатки: продольная, поперечная и поперечно-винтовая (косая). При продольной прокатке заготовка деформируется меду двумя валками, которые вращаются в разные стороны, а заготовка движется поступательно перпендикулярно осям валков. Это основной вид прокатки, им производят 90% прокатной продукции, в том числе весь листовой и сортовой прокат. При поперечной прокатке валки вращаются в одном направлении и придают вращение заготовке. Направление вращения заготовки противоположно направлению вращения валков, а ось вращения параллельна оси вращения валков. Заготовка деформируется, вращаясь и перемещаясь вдоль оси валков. Поперечную прокатку применяют для производства профилей периодического сечения. При поперечно-винтовой (косой) прокатке валки расположены под углом, вращаются в одну сторону и придают заготовке одновременно вращательное и поступательное движение. При этом за счет перекоса валков заготовка получает не только поперечную, но и продольную деформацию. Поперечно-винтовой прокаткой производят бесшовные трубы, периодические виды проката, шары.

70. Прокаткой получают готовые изделия: балки, трубы, рельсы, заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, волочением, резанием. Вся продукция прокатного производства делится на четыре группы:

1) сортовой прокат, который в свою очередь подразделяется на простой сортовой прокат: квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник и фасонный сортовой прокат: уголок, двутавр, швеллер, рельс и др.; сортовой прокат получают продольной прокаткой на калиброванных валках;

2) листовой прокат делят на толстолистовой (толщина листа 4 – 160 мм) и тонколистовой (толщина менее 4 мм). Листы менее 0,2 мм называются фольгой; листовой прокат получают продольной прокаткой в гладких валках;

3) трубы: трубы бесшовные и со швом (сварные трубы); получают поперечно-винтовой прокаткой.

4) специальные виды проката: периодический прокат, колеса, кольца, шары – получают поперечной и поперечно-винтовой прокаткой.

Периодический прокат имеет закономерно изменяющееся, периодически повторяющееся по длине сечение. Периодический прокат является заготовкой для последующей ковки и штамповки (шатуны, оси, валы, рычаги).

Наибольшее распространение получила горячая прокатка. Холодной прокаткой получают стальные полосы, листы малой толщины, фольгу. Возникающий наклеп устраняют последующим отжигом.

71. Калиброванные валки в отличие от гладких имеют на поверхности так называемые ручьи – профили выреза на боковой поверхности валка. Калибр - профиль, составляемый смежными ручьями двух валков. Получают сортовой прокат.

72. Волочение – способ ОМД, при котором обрабатываемый металл (заготовку), как правило, в холодном состоянии протягивают через постепенно сужающееся отверстие. Инструментом, через отверстие в котором протягивается заготовка, является волока. При этом длина заготовки увеличивается, а поперечное сечение уменьшается и приобретает форму отверстия волоки. Волока работает в тяжелых условиях, ее поверхность должна иметь высокую твердость, поэтому волоку изготовляют из инструментальной стали, твердых сплавов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала. При волочении особо тонкой проволоки диаметром менее 0,2 мм волоку изготовляют из технических алмазов. Для уменьшения трения, повышения стойкости инструмента применяют жидкие или сухие смазки (минеральное масло, эмульсии, мыло, графит). Для устранения наклепа проводят промежуточные отжиги с последующим травлением для снятия окалины. Оборудованием для волочения служит волочильный стан. Он состоит из двух основных частей: станины с держателем для волоки и тянущего устройства для протягивания заготовки через волоку. Тянущие устройства бывают с наматыванием проволоки на барабаны (барабанные), их применяют для волочения проволоки и с прямолинейным движением обрабатываемой заготовки (цепные и реечные), применяют для волочения прутков, труб. Волочением изготовляют проволоку диаметром от 0,002 мм и выше, калиброванные прутки и тонкие трубы. Изделия после волочения получаются с гладкой поверхностью и точными размерами. Исходными заготовками для волочения может быть сортовой прокат, прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов.

73. Прессование – способ ОМД, который заключается в следующем. Заготовка помещается в контейнер (замкнутую полость). С одной стороны контейнера закреплена матрица с помощью матрицедержателя. Металл выдавливается из контейнера с помощью пуансона (толкателя) через отверстие в матрице, площадь которого меньше, чем площадь поперечного сечения исходной заготовки. Прессуемый (выдавливаемый) металл принимает форму прутка простого или сложного, сплошного или полого сечения по форме и размерам отверстия в матрице. Прессованию подвергают стальной прокат, слитки алюминия, меди и их сплавов, а также цинка, олова, свинца и др. Прессование обычно проводят при температурах горячей обработки давлением.

Применяют два способа прессования: прямой и обратный. При прямом способе течение металла совпадает с направлением движения пуансона; при обратном способе прессования металл течет навстречу движению пуансона. Прессование осуществляют на горизонтальных гидравлических прессах, реже - на вертикальных. Усилие современных гидравлических прессов, применяемых для прессования, составляет 100 Мн. При прямом способе прессования приходится затрачивать большее усилие, чем при обратном прессовании, т.к. в первом случае приходится преодолевать трение металла о внутренние стенки контейнера. Прутки сплошного сечения любой формы получают чаще методом обратного прессования, а трубы – только прямым.

Инструмент для прессования – матрица, пуансон, контейнер – работают в очень тяжелых условиях, испытывая действие больших давлений и высоких температур, поэтому износ инструмента весьма значителен. Инструмент для прессования изготавливают из высококачественных инструментальных сталей и жаропрочных сплавов. Для снижения износа инструмента, уменьшения усилия деформирования, повышения качества поверхности изделий применяют смазку поверхности заготовок. Используют минеральные масла, графит, канифоль, а при прессовании труднодеформируемых сталей и сплавов – жидкое стекло.

Преимущества способа :

1. прессование – единственный способ ОМД, при котором можно обрабатывать специальные стали, цветные металлы и сплавы с низкой пластичностью;

2. прессованием можно получать изделия сложного поперечного сечения, которые не могут быть получены другими видами ОМД;

3. точность изделий, полученных прессованием выше, чем изделий, полученных прокаткой.

Основной недостаток прессования – значительные потери на отходы металла, т.к. весь металл не может быть выдавлен из контейнера и в нем остается пресс-остаток, масса которого при прямом прессовании может достигать 40 % массы исходной заготовки.

74. Ковка – процесс деформирования металла ударами молота или давлением пресса. Ковку всегда проводят в горячем состоянии. Полученные ковкой изделия разнообразных форм и массы называют поковками. Заготовками для крупных поковок служат слитки, а для средних малых – прокатные заготовки. Ручной ковкой изготавливают мелкие поковки массой до 10 кг при ремонтных работах и в единичном производстве. Наиболее распространенным видом ковки является машинная. Заготовку помещают между нижним (неподвижным) и верхним (подвижным) бойками молота или пресса. Инструментом являются бойки. Оборудованием для ковки являются молоты, деформирующие металл ударом, и прессы, деформирующие металл статической нагрузкой (без удара). Для мелких поковок применяют пневматические молоты, масса падающих частей которых доходит до 1000 кг. Средние поковки изготовляют на паровоздушных молотах (приводятся в действие энергией пара или сжатого воздуха). Их масса падающих частей до 8000 кг. Крупные поковки изготовляют га гидравлических прессах. Усилие создается с помощью давления водной эмульсии или минерального масса, подаваемого в рабочий цилиндр пресса. Продолжительность деформации составляет несколько секунд. Усилие доходит до 100 Мн.

75. Основные операции ковки: осадка, высадка, протяжка, раскатка, прошивка, рубка. Гибка, сварка, скручивание.

76. Штамповка – способ изготовления изделий сложных очертаний давлением с помощью специального инструмента – штампа. Объемная штамповка – в качестве заготовки используют пруток, а металл заполняет всю полость штампа, приобретая ее форму и размер. При листовой штамповке заготовкой является лист. Объемная штамповка чаще бывает горячей, а листовая – холодной. Изделия, полученные горячей штамповкой, называют штампованными поковками.

Штамп – металлическая форма, состоящая из двух частей, в которых имеются полости, по конфигурации соответствующие изготовляемой поковке. Эти полости называются ручьями.

77. Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений различных металлов путем установления межатомных связей между свариваемыми частями. Сваркой соединяют металлы, сплавы и неметаллические материалы. По способу соединения поверхностей сварку подразделяют на сварку плавлением и сварку давлением.

78. Из существующих способов сварки плавлением наиболее распространенной является электродуговая сварка, при которой для местного расплавления свариваемых деталей используется тепловой эффект электрической дуги, возбуждаемой между электродом и соединяемыми деталями. Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами (угольными, вольфрамовыми или из специальных сплавов в зависимости от свариваемых металлов). При ведении ручной дуговой сварки применяют электродержатель, щиток и шлем для защиты глаз и лица сварщика от действия лучей электрической дуги и брызг.

Газовая сварка. При газовой сварке используется тепло, образующееся при сгорании горючих газов в кислороде с температурой пламени 3100-3300⁰С. В качестве горючего газа применяют ацетилен С₂Н_2. Баллоны с кислородом окрашивают в голубой цвет, а с ацетиленом – в белый. Для образования газосварочного пламени служат сварочные горелки.

79. Контактная сварка. При контактной сварке металл нагревают проходящим через место сварки электрическим током. После достижения необходимой температуры к свариваемым частям прикладывают усилие. Контактная сварка легко поддается автоматизации; ее широко применяют в серийном и массовом производстве. Чаще всего используют три вида контактной сварки: стыковую, точечную и роликовую.

80. Газокислородная резка основана на способности металлов (главным образом, сталей), подогретых газокислородным пламенем до температуры воспламенения, сгорать в струе кислорода. Газокислородную резку производят с помощью ацетиленокислородного резака типа УР.