МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Бесплатно!

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКАМЕТАЛЛОВ
Гомогенизационный отжиг
ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛА
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛЫ Гомогенизационный отжигЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА

Описание работы

Гродно 2004
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 отрезногоинструмента, 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 гомогенизационногоотжига являются — устранение последствий дендритной или внутрикристаллитнойликвации , 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 солидус а.
5. Уменьшению температуры плавления , из-за которого происходит оплавление дендритов при дальнейшей обработке.
6. Отсутствию стабильности свойств.
Физико — химической основойгомогенизационного 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 нагрев а под отжиг колеблется в пределах (0.85-0.90)Tпл .
Выдержка будет определяться природойликвирующих элементов . Так как гомогенизация интенсивно протекает в начальный период отжига ( по мере выравнивания состава сплава градиент концентрации dC/dXуменьшается ), 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 аустенит а, 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 рекристаллизационныйотжиг
При холодной деформации происходит:
1. Изменение формы и размеров кристаллов
2. Накопление в металле большого количества избыточной энергии , что в конечном итоге приводит к рост у напряжений1 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 смягчающими 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 режимадорекристаллизационного смягчающего отжига необходимо знать температуру начала рекристаллизации, при данной степени деформации.
Дорекристаллизационныйупрочняющий отжиг применяют для повышения упругих свойств пружин и мембран. Оптимальную температуру подбирают опытным путем.
Ре кристаллизационный отжиг используют в промышленности как предварительную операцию перед холодной обработкой давлением, для придания материалу наибольшей пластичности; как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования, для снятия наклепа; и как окончательную термообработку, для придания материалу необходимых свойств.
При выборе режима отжига нужно избегать получения очень крупного зерна и разно зернистости. Скоростьнагрева 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 : в следствии пластической деформации в условиях когда эти напряжения превысят предел текучести и в результате ползучести при напряжениях меньше предела текучести.
Продолжительность отжига устанавливают опытным путем. Определен ной 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 нагрев а 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 внагреве стали до температур выше точек Ас3 или Ас1 , выдержке и последующем охлаждении. В результате мы получаем почти равновесное структурное состояние стали; в доэвтектоидныхсталях — феррит + перлит , в эвтектоидных — перлит и в заэвтектоидных — перлит+ вторичный цементит.
После отжига получаем : мелкое зерно, частично или полностью уст раненные строчечность, видманштеттову структуру и другие неблагоприятные структуры .
Сталь получается с низкой прочностью итвердостью 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 аустенит а , а так же положением температур нагрев а 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 резани ем и уменьшение напряжений , для придания стали определенных характеристик. В целом отжиг II рода проводят для приближения систем я к равновесию.

?

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температур на 30-50 С выше температуры Ас3 (чрезмерное повышение температуры выше этой точки приведет к рост у зерна аустенит а , что вызовет ухудшение свойств стали), выдержке для полного прогрев а и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. Для заэвтектоидных сталей такой отжиг с нагрев ом выше Аcm не пойдет потому что при медленном охлаждении после такого нагрев а образуется грубая сетка вторичного цементита , ухудшающая механические свойства . Для доэвтектоидных сталей время нагрев а и продолжительность обработки зависят типа печи , способа укладки , типа отжигаем ого материала(лист, прокат , …). Наиболее распространенная скорость нагрев а составляет ~ 100 C / ч , а продолжительность выдержки — от 0.5 до 1 часа на тонну изделия. Медленное охлаждение обусловлен но необходимостью избежать образования слишком дисперснойферритно-цементитной структуры и следовательно более высокой твердости. Скорость охлаждения зависит от устойчивости переохлажденного аустенит а, а следовательно, от состава стали. Ее регулируют проводя охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей, с полностью или частично выключенным обогрев ом.
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 нагрев ом до950-1100 С , который применяют для улучшения обработки резани ем мягкихнизкоуглеродистых 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 пере рекристаллизации . 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 резани ем .

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 враз работке 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 нагрев а, 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. В следствии этого лазерную резку можно осуществлять с высокой степени точностью, в том числе легко деформируемых 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 кислород а или воздух а при резке металлов на поверхности разрушения образуется оксидная плен ка, 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 вне прерывном, 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.

Список литературы.

1. Новиков И. И. Теория термичесеой обработки металлов . М.: Металлургия,1986.
2. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов.
М.: Металлургия , 1993
3. Лившиц Металлография. М.: Металлургия ,1994.

Обзоры

Отзывов пока нет.

Будьте первым, кто оставил отзыв на “МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ”

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *