11. Прокатное производство: сущность процесса, сортамент проката, схема прокатного стана, виды станов. Устройство валков, их типы, калибровка валков. Схема производства листа и труб.

Прокатке подвергаются до 90% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. При прокатке металл пластически деформируется вращающимися валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. Кроме наиболее распространенного вида прокатки – продольной выделяют еще 2 вида – поперечную и поперечно винтовую.

При поперечной прокатке валки, вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке и деформируют ее. При поперечно – винтовой прокатке валки расположены под углом и сообщают заготовке при деформировании вращательное и поступательное движения.

Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими, применяемыми для прокатки листов, лент и т.п.; ступенчатыми, например, для прокатки полосовой стали, и ручьевыми для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев образует полость, называемую калибром. Каждая пара ручьевых валков обычно образует несколько калибров. Валки состоят из рабочей части — бочки, шеек и трефы.

Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, называют калибровкой. Калибровка является сложным и ответственным процессом. Неправильная калибровка может привести не только к снижению производительности, но и к браку изделий. Чем больше разность в размерах поперечных сечений исходной заготовки и. конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем большее число калибров требуется для его получения.

12. Ковка, штамповка объемная и листовая, прессование и волочение: схема пресса, оборудование и инструмент; особенности каждого вида омд.

Ковка. Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. Каждая операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом.

К основным операциям ковки относятся осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка.

Осадка — операция уменьшения высоты Заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения. Осаживают заготовки между бойками или подкладными плитами.

Разновидностью осадки является вы - садка, при которой металл осаживают лишь на части длины заготовки.

Протяжка — операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Протяжку производят последовательными ударами или нажатиями на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому, с подачей заготовки вдоль оси протяжки и поворотами ее на 90° вокруг этой оси. При каждом нажатии уменьшается высота сечения, увеличиваются ширина и длина заготовки.

Протяжка имеет ряд разновидностей.

Разгонка — операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины.

Протяжка с оправкой — операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

Раскатка на оправке — операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

Прошивка — операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла. Прошивкой можно получить сквозное отверстие или углубление (глухая прошивка). Инструментом для прошивки служат прошивни сплошные и пустотелые.

Отрубка — операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента — топора. Отрубку применяют для получения из заготовок большой длины нескольких коротких, для удаления излишков металла на концах поковок, а также прибыльной и донной частей слитков и т.п. Инструмент для отрубки — топоры различной формы.

Гибка — операция придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и

т.п. Гибка сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшением его площади в зоне изгиба, называемым утяжкой для компенсации утяжки в зоне изгиба заготовке придают увеличенные поперечные размеры. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Во избежание этого явления по заданному углу изгиба подбирают соответствующий радиус скругления.

Оборудование для ковки выбирают в зависимости от режима ковки данного металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации. Необходимую мощность оборудования обычно определяют по приближенным формулам или справочным таблицам.

Ковку выполняют на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах.

Молоты — машины динамического, ударного действия. Продолжительность деформации на них составляет тысячные доли секунды. Металл деформируется за счет энергии, накопленной подвижными (падающими) частями молота к моменту их соударения с заготовкой. Поэтому при выборе молотов руководствуются массой их падающих частей.

Гидравлические прессы — машины статического действия; продолжительность деформации на них может составлять от единиц до десятков секунд. Металл деформируется приложением силы, создаваемой с помощью жидкости (водной эмульсии или минерального масла), подаваемой в рабочий цилиндр пресса.

Прессование. При прессовании металл выдавливается из замкнутой полости через, отверстие, соответствующие сечению прессуемого профиля. Этим прессом изготавливают не только сплошные профили, но и полые.

Прессованием можно получить профили сложных форм, которые не могут быть получены другим видами обработки металлов давлением. Точность прессованных изделий выше, чем прокатных.

К недостаткам прессования следует отнести большие отходы металла: весь металл не может быть выдавлен из контейнера, и в нем остается так называемый пресс-остаток, который после окончания прессования отрезается от полученного профиля. Масса пресс-остатка может достигать 40% массы исходной заготовки.

Схема всестороннего сжимания металла при прессовании приводит к значительным давлениям, действующим на инструмент. Поэтому инструмент для прессования работает в исключительно тяжелых условиях, испытывая кроме действия больших давлений действие высоких температур. Основным оборудованием для прессования являются вертикальные и горизонтальные гидравлические прессы.

Волочение. Исходными заготовками для волочения служат прокатные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов.

Волочение труб можно выполнять без оправки и с оправкой.

Поскольку тянущая сила, приложенная к заготовке, необходима на только для деформирования металла, но и для преодоления сил трения металла об инструмент, эти силы трения стараются уменьшить применением смазки и полированием отверстия в волоке.

Обычно для получения необходимых профилей требуется деформация, превышающая допустимую за один проход, поэтому применяют волочение через ряд постепенно уменьшающихся по диаметру отверстий. Но, поскольку волочение осуществляется в условиях холодной деформации, металл упрочняется. Для восстановления пластичности упрочненный волочением металл подвергают промежуточному отжигу.

Поскольку волочение производят в условиях холодной деформации, оно обеспечивает точность размеров, низкую шероховатость поверхности, получение очень тонкостенных профилей.

Листовая штамповка. К листовой штамповке относятся методы получения деталей и изделий, для которых в качестве исходной заготовки используют листовой материал, трубные заготовки, катаные и гнутые профили.

Листовую штамповку осуществляют как в холодном, так и подогретом состоянии. Горячей листовой штамповкой получают крупногабаритные детали паровых и гидравлических турбин большой мощности, детали прессов, прокатных станов, элементы космических аппаратов, подводных лодок и судов.

Широкое применение листовой штамповки обусловлено рядом достоинств:

1. малая металлоемкость изделий

2. высокая точность штампуемых изделий

3. хорошее качество поверхности, что позволяет полностью исключить или свести к минимуму обработку поверхности

4. высокая производительность

5. простата механизации и автоматизации процессов листовой штамповки

6. приспособляемость к условиям производства (рентабельность в условиях как мелкосерийного, так и массового производства)

7. малоотходность

8. возможность получения различных и оптимальных механических св-в в различных участках деталей, получаемых штамповкой

Все операции листовой штамповки можно объединить в 2 группы: разделительные и формоизменяющие.

Разделительные операции осуществляют, как правило, на механических ножницах гильотинного, алигаторного и дискового типов или на штампах, установленных на различные виды прессов. Формообразующие операции листовой штамповки осуществляются на механических прессах с увеличенным ходом, а так же гидравлических прессах в штампах различных типов.

Объемная штамповка. Наличие большого разнообразия форм и размеров штампованных поковок, а также сплавов, из которых их штампуют, обусловливает существование различных способов штамповки.

Так как характер течения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла — облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл целиком заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высоких требований к точности заготовок по массе. Облой затем обрезается в специальных штампах.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой, так что образование облоя в нем не предусмотрено. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого.

Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в облой. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную структуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в облой. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.

13. Сущность способа получения заготовок и деталей методом порошковой металлургии, его возможности, основные технологические операции. Способы получения порошков и их подготовка к прессованию. Способы формования и спекания заготовок и деталей. Продукция порошковой металлургии, примеры.

Производство порошков, формование из них заготовок, спекание при tº C не превышающих tº C плавления основного компонента, прессование, уплотнение, калибрование, термообработка.

Метод позволяет получить материалы и изделия из них, которые нецелесообразно или невозможно изготовить другими методами. Тугоплавкие материалы, сложнолегированные сплавы, псевдосплавы, композиции из металлов и неметаллов, пористые материалы. При этом механическая обработка уменьшается и затраты на производство уменьшаются.

Недостатки: дороговизна порошков, пористость, ограниченность по массе, необходимость нейтральной или восстановительной среды при спекании.

Методы производства металлических порошков:

Механические: 1) измельчение, размол, дробление, истирание, резанье в стружки Si, Cr, Be, Sr, Mn. Оборудование: шаровые мельницы, вихревые мельницы

2) диспергирование расплавов – распыление струи металла струей воды: Fe, Ti

Физико-химические: 1) восстановление химических соединений

2) электролиз водных растворов: на катоде выделяется металл, восстанавливается, затем осыпается.

3) диссоциация карбонов.

Св-ва порошков:

1. химический состав

2. физические св-ва: форма частиц, их размер, гранулометрический состав, удельная поверхностная плотность, микротвердость

3. технологические св-ва: насыпная плотность, текучесть, уплотняемость, прессуемость, формуемость.

Основные операции:

1. подготовка порошков к формованию: отжиг в защитной среде, вакууме (обеспечение снятия наклепа, восстановление оксидов); приготовление смесей

2. формование: прессование в стальных прессформах, изостатическое; прокатка; мундштучное прессование; шликероное формование; динамическое формование.

3. спекание: если твердофазное, достигается диффузионным взаимодействием; если жидкофазное, за счет подплавления

4. горячее плавление

Виды порошковых изделий

1. Пористые порошковые материалы

1. антифрикционные – подшипники скольжения

а) вместо литой бронзы железо + графит + 6% медь, медь + графит, бронза + графит. Графит смешивают с маслом или пропитка синтетическими смолами

б) спеченные тугоплавкие карбиды и бориды с твердой смазкой из сульфидов, селенидов.

в) металлопластиковые – спеченные бронза и графит, титан, нержавейка, пропитанные фторопластом. Коррозионно-износостойкие

2) фрикционные – муфты сцепления, диски, накладки. Основа - медь или ее сплавы до 650º С. Если Fe или Ni до 1200º С. Твердая смазка: St, Pb, V, графит, BaSi, FeS, BN. Высокий коэффициент трения (асбест), песок, BC, SiC TiC. Прочность мала, поэтому их припекают к стальной основе.

3) фильтры - от абсолютного нуля до 900ºС жаростойкость; каррозионностойкость. Из стали, бронзы, никеля, серебра.

4) прочие:

а) потеющие сплавы (через стенки на поверхность поступает жидкость и сипаряется) лопатки газотурбин, противообледенители

б) пористые электроды – для ускорения электролизных процессов

в) огнепреградители

г) пеноматериалы

2. Конструкционные порошковые материалы: кулачки, храповики, шаровые вставки, корпуса подшипников, звездочки, шестерни, поршневые кольца. Fe + графит, Fe+Ni+Cr+Cu.

3. Высокотемпературные

1. тугоплавкие: W, Mo, Tn, ниобий

2. дисперсно-упрочненные: сап 1 ( спечено Al порошок 7% ) , сап 4 (22% ) рабочая tºC до 500ºС и до 1000ºС сохраняют форму

3. волокнистые композиты

4. керметы

4. Электротехнические порошки

1. электроконтактные: разрывные смеси W+Cu+Ni, W+Ni, Fe+Cu. Скользящие: медь + графит, серебро + графит, платина + графит, никель + графит, вольфрам + палладий.

2. магнитные: магнитомягкие – чистое железои его сплавы с Ni, Co, Al, Si. Для повышения удельного сопротивления магнитодиэлектрики - альсифер.

14. Композиционные материалы: определение, принципы создания и основные виды КМ, составляющие КМ. Получение деталей из КМ на металлической основе и на неметаллической основе.

КМ – сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся друг от друга св-вам и нерастворимые друг в друге компоненты, разделенные в материале, четко выраженной границей.

КМ по своей удельной прочности и жесткости превосходят все другие материалы. Состоят из основы (матрицы) и наполнителей (упрочнителей). Основа может металлическая или неметаллическая. Дисперсно-упроченные, волокнистые.

Волокнистые КМ, упрочнители - стальная проволока прочностью до 4000 МПа. Матрица: сталь, Al. Жаропрочные наполнители проволока Mo, Tn, Be. Волокна керамические, стекловолокна, асбоволокно.

С полимерной матрицей.

Смолы. Текстолит – х/б ткань, пропитанная смолой. Недостатки: мала прочность связи матрицы с наполнителем, невозможность сварки, низкая электропроводность.

Волокниты, борволокниты, стекловолокниты. Органоволокниты (лавсан, капрон, нетрон, венол, ароматический полиамид).

Повышение св-в матрицы достигается за счет введения ионов металла, в полиметилфенольную матрицу вводят 15% ионов бария, 7% ионов Ni, в результате модуль изгиба возрастает 20% и 50% соответственно. Самая высокая прочность стекловолокниты прочность 2100 МПа, плотность 2,2 г/см³, удельная прочность96 кН.

Примеры КМ:

Псевдосплавы, состоят из металлических и неметаллических фаз, не образующих твердые растворы и не взаимодействующих химически: W+Cu, W+Ag. Но обеспечивают высокую прочность и электропроводность. Mo+Cu, Fe+Cu, Fe+Cu+C

Керамические дисперсно-упрочненные.

Углерод-углеродные КМ – материалы из С армирующего каркаса (нетей) и матрицы из монолитного углерода. Каркас ткут из нитей малого диаметра. А матрицу вводят жидким или газофазным способом. Жидкая пропитка каркаса термореактивными смолами или пекми. Илли наполняют газофазным способом, осаждение из газа сажи под давлением. Идут процессы превращения в графит. После отвердевания заготовку карбонируют, нагрев до 600ºС и повторяют. Потом структуру углерода переводят в структуру плотного графита.

Газовазный – разложение природного газа в порах каркаса с образованием пироуглерода. После получения заданной плотности идет графитизация получают С-С КМ с высокой прочностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью. Используют в кач-ве электродов дуговых печей.

15. Определения и физическая сущность сварки, классификация способов сварки.

Сварка – процесс получения неразъемного соединения, в результате возникновения атомной или межмолекулярной связи между соединяемыми деталями. Возможно на основе кристаллизации совместной жидкостной ванны, методов сварки плавлением или интенсивной пластической деформации поверхности, с разрушением неровностей и оксидных пленок межатомной структуры.

Классификация методов сварки плавлением:

Электрическая:

1. дуговая (открытой дугой, под флюсами, в защитных газах, в плазме)

2. электрошлаковая

3. электро-лучевая - ток в форме потока электронов

4. лазерная – сварка высокоэнергетическим потоком света (когерентный)

Химическая:

1. газовая

2. термитная

Электрохимическая.

Методы сварки давлением:

Механическая:

1. трением

2. ультразвуковая

3. холодная

Электромеханическая:

1. индукционная

2. диффузионная

3. контактная (стыковая, точечная, шовная)

Химико-механическая:

1. кузнечная

2. газопрессовая

16. Сварка электродуговая, электрошлаковая, плазменная, электроннолучевая, лазерная, газовая, термитная, электроконтактная: схема процесса, оборудование, материалы, отличительные особенности технологий.

Дуговая сварка. Сварочная дуга – мощный электрический разряд между электродами в среде ионизированных газов и паров. Сварка электрическим электродом зависимой дугой, без присадки (проплавление стыка) и с присадкой. Сварка может осуществляться неплавящимся электродом (W, графит) или расходуемым (материал электрода - присадка).

Зажигание дуги – «чиркнуть» электродом по изделию (короткое замыкание и оттягиваем): микровыступы нагреваются до кипения, происходит термоэлектрическая эмиссия – ионизация межэлектродного пространства. В момент размыкания напряженность 10¹² В/см.

Чтобы ионизация была устойчива, надо преодолеть потенциал ионизации – энергия, необходимая для полного удаления иона из атома. В парах железа Ui=7,83 eB. В парах железа с 1% калия Ui=6,35 eB. Снижение Ui стабилизирует дугу, поэтому в свариваемые материалы добавляют летучие металлы.

При сварке переменным током (f=50 Гц), но зажигание при определенном Ui, а напряжение сварочного трансформатора ограничено 90 В, поэтому в электроды вводят Na или К и делают короткую дугу и большой сварочный ток, применяют стабилизаторы.

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом – самый распространенный способ. Оборудование: источник, держатель электрода, провода, щиток. Электрод d 2 – 6 мм, покрытие из порошка со связующей величиной 1,2 мм длина 250 мм. Покрытие, расплавляясь, создает шлак или газ защищающий ванну. В него входят элементы стабилизирующие дугу, раскисляющие металл. Связующие – жидкое стекло.

Простота, маневренность. Низкая производительность.

Неплавящиеся электроды ( варят Al при постоянном токе).

Аргоно-дуговая сварка, вольфрамовым электродом.

Источник питания:

1. сварочные трансформаторы

2. сварочные выпрямители и генераторы – коллекторные, сварочные преобразователи. От двигателей внутреннего сгорания - сварочный агрегат

КПД сварочного трансформатора 0.9, выпрямителя 0,7, преобразователя 0,45.

Электрошлаковая сварка.

Плавится электрод, но кристаллизация металла не происходит с участием кристаллизатора.

Электропитание подается на электрод и деталь, между ними флюс, расплавившийся флюс образует электропроводный шлак, шунтирующий дугу и электроцепь заполняется через шлак, он разогревается и от его тепла плавится электрод и кромки свариваемого металла. Сваривают толщины 16мм – 2м. Недостаток: большой разогрев зоны термовлияния

Электроннолучевая сварка.

Сварка детали пучком электродов, движется с большой скоростью, при соударении кинетическая энергия переходит в тепловую и расплавляет металл, в вакууме, сварка встык.

Технологические особенности:

1. вакуум улучшает св-ва

2. высокая интенсивность нагрева с быстрым прокаливанием

3. кинжальный проплав, площадь зоны проплавления в 25 раз меньше чем при дуговой, глубина в 10 – 12 раз меньше чем ширина зоны

4. с толщинами от 6 мм до 2м

5. отсутствие деформаций, сварка готовых деталей без последующей механической обработки.

Газовая сварка.

Сварка плавлением, интенсивность нагрева 10² - 10³ В/см². Нагрев медленный зона термовлияния шире. Недостатки: малая производительность, перегрев основного металла. Достоинства: оперативность.

Кислородно-ацитиленовая ()

Оборудование: в жидком состоянии в баллонах. На баллонах снижающие редукторы перед газовой горелкой ставится водный затвор, чтобы пламя не засосало в баллон при перепадах давления. Сварочные горелки инжекционные

Есть микрогорелки для толщин от 0,05 до 0,6 мм

Пламя:

0,81 – науглероживающие

1 – 1,2 – нормальное

1,2 – 1,5 – окислительное

Термитная сварка.

С помощью смесей и оксидов с чистыми металлами, которые могут восстанавливать эти оксиды

Сварка давлением.

Контроль качества сварных соединений:

1. предварительный – качество исходников, приспособление, уровень сварщика.

2. контроль за соблюдением технологий сварки

3. окончательный, контроль качества сварных швов

- разрушающие (испытания со определением мех св-в: разрыв удар)

- неразрушающие

Дефекты внеш и внут. Люминесцентный контроль за трещинами (некоторые масла светятся после ультрофиолета). Внут: рентгеновский контроль, УЗК, магнитный.

Контроль сплошности:

1. керосиновая проба – явление капиллярности

2. испытание сжатым воздухом

3. гидравлические испытания давлением

4. испытание аммиаком

17. Строение металла сварного соединения, его возможные дефекты, понятие свариваемости стали и ее оценка. Контроль качества сварных соединений.

Свариваемость – характеризует способность технологического св-ва. Оценивает способность металла сохранять свои св-ва после сварки, склонность к образованию дефектов.

Дефекты:

1. перегрев наружных поверхностей заготовок, выплеск

2. трещины и раковины в ядре точки

3. хрупкость сварного соединения

4. недостаточная герметичность шовного соединения

5. глубокое влияние на поверхность заготовки

6. непровар.

Свариваемость как и склонность к образованию дефектов, горячих и холодных трещин , оценивается технологическими пробами. Наваривание валика на поверхность пластины, зажатой по контуру. Хорошая свариваемость – нет трещин при наплавлении валика и охлаждении снизу. Удовл – нет трещин без принудительного охлаждения. Ограниченная – для исключения трещин надо варить с подогревом 100º-150ºС. Плохая – надо подогревать более 150ºС.