Тема 6. Технологии получения заготовок, деталей и неразъемных соединений
«Чтобы переваривать знания, надо поглощать их с аппетитом».
Анатоль Франс
6.1. Общие сведения и основные способы получения заготовок.
Ключевые слова: Сущность литейного производства и получение отливок, обработка металлов давлением и получение поковок.
Для изготовления судовых деталей используются заготовки, получаемые различными способами. Основными из этих способов являются литейное производство и обработка металлов давлением. Путем литья получает различного вида отливки, а обработкой металлов давлением - поковки и различного вида продукцию прокатного производства.
Технология литейного производствазаключается в том, что фасонные детали (заготовки) получают заливкой жидкого металла в специально подготовленную литейную форму, полость которой соответствует их размерам и форме. После кристаллизации металла литую деталь (заготовку), называемую отливкой, удаляют из литейной формы, производят термообработку, контроль качества и в случае необходимости отправляют в механический и другие цеха для устранения дефектов и последующей обработки. Технологический процесс изготовления отливкиявляется достаточно сложным и трудоемким. Кроме указанных элементов технологического процесса он включает также изготовление модели и стержневого ящика, приготовление формовочной и стержневой смесей, изготовление соответствующей формы и стержней и их сушка. Для получения отливок в судовом машиностроении наиболее широко применяются чугуны, углеродистые и легированные стали и сплавы цветных металлов на основе алюминия, меди и титана. Литейные сплавы, наряду с определенными механическими должны обладать и технологическими свойствами: хорошей жидкотекучестью, малой усадкой и малой ликвацией. Жидкотекучесть - способность жидкого металла полностью заполнять форму, зависит от химического состава и температуры заливаемого сплава. Фосфор, кремний и углерод улучшают ее, а сера - ухудшает. Усадка- уменьшение объема металла и линейных размеров отливки в процесс ее кристаллизации и охлаждения в твердом состоянии, приводит к образованию пористости (объемная усадка) и возникновению внутренних напряжений, приводящих к короблению (линейная усадка). Ликвация- неоднородность химического состава сплава по сечению отливки. Она приводит к неоднородности механических свойств отливки. При контроле качества отливки встречаются следующие виды брака: газовые, песчаные, шлаковые и усадочные раковины, различные трещины. Брак отливок исправляют наплавкой и заваркой, а также заделкой замазками или мастиками (для неответственных отливок) и пропиткой.
Технология обработки металлов давлениемзаключается в использовании одного из основных свойств металлов - пластичности, т.е. необратимом изменении формы и размеров тела под действием внешних сил и изменением в связи с этим структуры и механических свойств металла. Таким образом, получение заготовок, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых размеров и форм при такой обработке достигается пластическим перераспределением (сдвигом) частиц металла. В этом заключается основное отличие и преимущество обработки давлением по сравнению с обработкой резанием, при которой форма изделия получается удалением части заготовки. Основными видами обработки металлов давлением, применяемыми в судостроении, являются ковка, объемная и листовая штамповка и др. Структурное состояние пластически деформированного металла термодинамически неустойчиво, хотя при комнатной температуре для большинства металлов может сохраняться весьма долго. При нагреве пластически
деформированный металл постепенно восстанавливает свою структуру и переходит снова в устойчивое состояние. Сущность процессов, протекающих при этом, мы рассматривали ранее. Так, возврат (или отдых)происходит при невысоком нагреве и устраняет упругие напряжения. Частично восстанавливаются кристаллическая решетка и свойства металла. Собирательная рекристаллизацияпредставляет собой процесс дальнейшего роста зерен. Крупные зерна растут, поглощая мелкие, что приводит к уменьшению свободной энергии и делает структуру термодинамически более устойчивой. Горячей обработкой давлениемназывают пластическую деформацию при температурах, больших температуры рекристаллизации. В этом случае процесс рекристаллизации частично или полностью протекает в процессе обработки. Холодной обработкой давлениемназывают пластическую деформацию при температурах, меньших температуры рекристаллизации. Для повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию металлы и сплавы перед обработкой давлением нагревают до определенной температуры. При этом нагрев металла сопровождается рядом явлений, которые необходимо учитывать. Так, при нагревании стали выше 700° С происходит интенсивное окисление поверхностного слоя с образованием окалины, а при 1330-1350ОС окалина плавится и железо горит с образованием снопа ярко-голубых искр. Потери металла на окалину (угар) при однократном нагреве составляют до 2,5%. Наряду с окислением происходит также обезуглероживание поверхностного слоя стали вследствие выгорания углерода. Толщина обезуглероженного слоя составляет обычно 0,2-0,5 мм, достигая иногда до 2,0 мм.
Контрольные вопросы для самопроверки по разделу 6.1
1. В чем заключается сущность технологии литейного производства?
2. Из каких основных этапов состоит технологический процесс получения отливки?
3. Что понимают под жидкотекучестью сплава?
4. Что называется усадкой и ликвацией и как они влияют на качество отливки?
4. Какие существуют основные виды брака отливок и способы их устранения?
5. В чем заключается сущность обработки металлов давлением?
6. Что понимают под рекристаллизацией? В чем ее сущность?
7. Как определить температуру рекристаллизации металла (сплава)?
8. Что понимают под критической степенью деформации?
9. Какая деформация и почему необходима для получения мелкозернистой структуры после рекристаллизации?
10. Какие факторы влияют на размер зерна рекристаллизованного металла?
11. Два материала имеют следующие механические характеристики - 1) sв - 500 МПа; d = 20% и 2) sв = 500 МПа; y = 2%. Какому из них и почему следует отдать предпочтение при изготовлении детали?
12. Что означает перегрев и пережог металла?
13. Какие способы существуют для исправления перегрева и пережога стали?
14. Какими способами можно устранить (уменьшить) окалину и обезуглероживание металла при обработке давлением?