Лекции по "Материаловедению"

Теперь можно дать более точно определение горячей  и холодной обработки металлов давлением.

Холодную обработку металлов давлением проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. В процессе холодной обработки происходит наклеп.

Горячую обработку металлов давлением проводят при температуре  выше температуры рекристаллизации. Пластическая деформация и в этом случае вызывает сдвиги и упрочнение, но упрочнение устраняется рекристаллизацией.

33. Нагрев  стали перед ОМД. Виды нагревательных  устройств, применяемые при ОМД.

Нагрев металла. Цель Н. м. перед обработкой давлением (прокатка, ковка, штамповка, кузнечная сварка и т.д.) - придание ему необходимой пластичности, а при термической обработке или химико-термической обработке - изменение его механических, физических или химических свойств.

Н. м. осуществляют главным  образом либо подводом тепла извне в нагревательных печах или термических печах, либо путём генерации тепла непосредственно в металле при пропускании через него электрического тока или возбуждения в нём тока индукцией (см. Индукционный нагрев). При нагреве в печах тепло поступает на поверхность металла, а затем распространяется внутрь. При пропускании электрического тока через металл тепло выделяется во всём его объёме, в результате чего нагрев можно вести с высокой скоростью. Этот метод контактного нагрева пригоден для изделий небольшого поперечного сечения и значительной длины. При индукционном Н. м. тепло генерируется в тонком поверхностном слое, откуда, как и при нагреве в печах, распространяется внутрь.

температуру нагрева  перед обработкой давлением выбирают в зависимости от свойств и назначения металла (для алюминия, например, она составляет 250-500?C, для стали 1150-1300?C), а также от характеристики оборудования для обработки. При термической или химико-термической обработке температура нагрева зависит от цели обработки и температур структурных превращений металла или сплава (200-1150?C). Показатель качества Н. м. - равномерность температур по поверхности и объёму металла.

Н. м. в атмосфере продуктов  сгорания топлива в пламенных  печах или в атмосфере воздуха  в электрических печах происходит с окислением и обезуглероживанием поверхности металла. Такой нагрев называется "тёмным" и практикуют главным образом перед обработкой металла давлением. Для термической обработки предпочтителен так называемый светлый нагрев в атмосфере нейтрального газа, который не взаимодействует с поверхностью металла. В ряде случаев Н. м. проводят в вакууме. При химико-термической обработке Н. м. ведут в атмосфере, которая реагирует с металлом, например удаляя из него углерод или насыщая металл углеродом. Нагрев в активной или нейтральной атмосфере проводят в печах, обогреваемых радиационными трубами или электрическими нагревательными элементами, а также в печах с муфелем.

Заготовки перед обработкой давлением нагревают для повышения  пластичности металла, в результате чего его сопротивление деформации уменьшается в 10—15 раз по сравнению с холодным состоянием.

Чем больше нагрета сталь, тем меньше энергии затрачивают  на ее деформацию. Однако нельзя допускать  пережог, который наблюдают при  нагреве, близком к температурам солидуса.

Температурные интервалы  обработки давлением зависят  главным образом от химического  состава сплавов.

Температурный интервал деформации углеродистых сталей определяют по диаграмме состояния сплавов  железо — углерод.

Чтобы подсчитать время, необходимое для нагрева заготовок, используют эмпирические формулы, разработанные Н. Н. Доброхотовым.

Металлические заготовки  для горячей обработки давлением  нагревают в горнах и печах.

В серийном производстве для нагрева заготовок применяют  пламенные и электрические печи. Пламенные печи работают на твердом, жидком и газообразном топливе. В них нагревают как мелкие, так и крупные заготовки. По характеру распределения температуры в рабочем пространстве печи делят на камерные (температура во всем рабочем пространстве одинакова) и методические (температура в рабочем пространстве повышается от загрузочного окна к окну выдачи нагретых заготовок). В пламенных печах заготовки соприкасаются с продуктами горения, поэтому металл угорает. Для исключения или уменьшения образования окалины применяют безокислительный нагрев металла в расплавленных солях, в среде защитных газов, в муфельных печах, защищают поверхность заготовки специальными покрытиями из стекла, окиси лития.

34.Технология  основных видов проката

а) Сортовой прокат

Исходной заготовкой при прокатке являются слитки: стальные – весом до 60 т, из цветных металлов – до 10 т. Первой операцией при  прокатке является прокатка слитка в  горячем состоянии на обжимных дуо-станах – блюмингах. Полученная после прокатки на блюминге заготовка называется блюмом. Размеры сечения блюмов от 450´450 до 150´150 мм. Блюмы после дополнительного нагрева прокатываются на сортовых станах, в которых заготовка проходит ряд калибров для получения нужной формы поперечного сечения.

б) Листовой прокат

 При прокатке толстых  листов вначале стальной слиток  массой до 45 т в горячем состоянии  деформируется на обжимном стане  – слябинге. Полученный полуфабрикат  – сляб – имеет прямоугольное  сечение толщиной 65–300 мм и шириной  600–1000 мм. Сляб прокатывается (после второго нагрева) в толстый лист.

При горячей прокатке листов их пропускают через окалиноломатель, в котором окалина дробится и  смывается водой под давлением. Затем лист проходит через чистовую группу клетей.

 Листы тоньше 2 мм  в горячем состоянии прокатывать сложно, т. к. они быстро охлаждаются. Такие листы получают холодной прокаткой.

в) Прокатка труб

 При прокатке бесшовных  труб первой операцией является  прошивка, т.е. образование отверстия  в заготовке в горячем состоянии.  Получаемая заготовка трубы называется гильзой.

 Последующую прокатку  гильзы в трубу требуемого  диаметра и толщины стенки  производят на раскатных станах: автоматических или пилигримовых (периодических).

 На автоматическом  стане прошитую гильзу 1 раскатывают  между двумя валками 2 на оправке 3. Оправку закрепляют на длинном стержне 4.

На пилигримовом стане  два валка 1 имеют круглый калибр переменного сечения. Гильза 2 на оправке 3 подается в валки навстречу их вращению. В процессе прокатки непрерывно чередуются прямой и обратный ходы. При прямом ходе происходит подача гильзы в момент возникновения наибольшего зазора между валками. Процесс обжатия трубы происходит при обратном ходе.

г) Получение специальных  видов проката

35. Сортамент  проката

Сортамент проката, перечень всех прокатных профилей (с размерами), выпускаемых в стране, на металлургическом заводе (или группе заводов), на данном прокатном стане. Различают профильные С. п. (перечень профилей одного назначения) и размерные С. п. (перечень размеров одного профиля). Часто С. п. даётся одновременно по признаку и профилей, и размеров. Весь С. п. можно разделить на 3 основных группы: сортовой прокат (в т. ч. специальные профили), листовой прокат и трубы.Построение С. п. для страны (проблема решается только в странах с плановой социалистической системой хозяйства) включает установление оптимальных характеристик профилей разных видов проката и числа размеров каждого профиля проката, а также их градаций, т. е. разрывов между последовательными размерами. Наиболее экономичный С. п. обусловливает наименьшие отходы при использовании металла.Построение профильных и размерных сортаментов основывается прежде всего на определении т. н. весовых потерь при применении данного конкретного С. п. по сравнению с "идеальным", который имел бы непрерывный набор всех возможных профилей и размеров. Увеличение числа размеров отдельных профилей проката снижает общую стоимость конструкций благодаря уменьшению весовых потерь, но повышает стоимость прокатной продукции вследствие большой дробности изготовляемых на металлургических заводах партий проката. Недостаточная дробность С. п. приводит к излишнему расходу металла в стружку при обработке или увеличивает вес конструкций, машин и механизмов.

Для построения рационального  С. п. нужна прежде всего правильная оценка качества характеристик прокатных профилей. В СССР предложен ряд параметров оценки качества строительных профилей и методов построения рациональных С. п., которые продолжают совершенствоваться и расширяться благодаря внедрению облегчённых, тонкостенных, сложных, фасонных и др. экономичных профилей. Большое распространение получают профильные заготовки и изделия (валы, шары, шестерни, свёрла, винты и др.), прокатанные на станах специальной конструкции.

Для наиболее полного  удовлетворения потребности народного хозяйства в прокате и для более правильного распределения между заводами отдельных его видов (профилей и размеров) в СССР утверждена специализация прокатных станов, устанавливающая для каждого из них свой сортамент и учитывающая территориальное расположение и производительное использование прокатного стана.

36.Устройство  прокатного стана. Виды прокатных  станов.

Все оборудование прокатного стана делится на основное и вспомогательное. Основное оборудование стана служит для деформации металла между  вращающимися валками, все прочие операции выполняет вспомогательное оборудование. Основное оборудование состоит из одной или нескольких главных линий, в каждой из которых располагается 3 вида устройств:

1. рабочие клети (одна  или несколько) - к ним относятся  прокатные валки с подшипниками, станины, установочные механизмы, плитовины, проводки;

2. электродвигатели для  вращения валков;

3. передаточные устройства  от электродвигателей к прокатным  валкам, состоящие большей частью  из шестерённой клети, шпинделей  и муфт.

Между шестерённой клетью и электродвигателем часто устанавливают  редуктор. Если каждый валок имеет  свой электродвигатель, передаточные устройства состоят лишь из шпинделей. Наибольшее распространение получили станы с горизонтальными валками.

Для обжатия металла по боковым поверхностям используют клети с вертикальными валками, называемые эджерами. Станы, у которых вблизи горизонтальных валков расположены вертикальные, называются универсальными. Они служат для прокатки широких полос и двутавровых балок с широкими полками.

В станах винтовой прокатки (прокатка труб, осей, шаров) валки располагаются  косо - под углом подачи.

Металлургические предприятия  выпускают разнообразные виды проката, отличающиеся по массе, форме и размерам поперечного сечения (рис. 6.1). Прокатные изделия с определенной формой поперечного сечения называются профилем проката. Например, круглый профиль, квадратный профиль. Для более сложных профилей кроме формы в это понятие включают один-два основных размера. Например, полоса шириной 200 мм, равнобокий угольник 75х75 мм (рис. 6.1 – 4, 5а). Кроме понятия профиль различают понятие профилеразмер, который кроме одного- двух основных размеров профиля учитывает дополнительные размеры, уточняющие его характеристику. Например, тот же угловой профиль 75х75 мм может иметь различную толщину полок – 5, 6, 7, 8, и 9 мм. С учетом толщины это уже будут профилеразмеры, т.е. профиль один, а профилеразмеров пять.

Для заготовок, простых  профилей (круг, квадрат и т.п.) профиль  определяется формой поперечного сечения, а профилеразмер – диаметром или стороной квадрата. Так, круглый профиль один, а профилеразмеров от 5 до 250 мм – более ста.

Профиль полосы определяют форма поперечного сечения и  его ширина, а профилеразмер –  толщина полосы при данной ширине.

Для двутавровых балок и швеллеров понятие профиль включает форму поперечного сечения и его высоту, а профилеразмер (или литерный профиль) – разную ширину полок.

Совокупность профилей и профилеразмеров прокатных  изделий называется сортаментом  проката. Он насчитывает тысячи наименований самой разной формы и размеров. И это только размерный сортамент. Но прокатные изделия отличаются еще и марочным (химическим) составом, а их начитывается более 800.

Подавляющее большинство  профилей проката стандартизовано, т.е. поставляются по стандартам. Различают три уровня стандартизации – государственный, отраслевой и на уровне предприятий и ведомств.

Государственные стандарты (ДСТУ, ГОСТ) содержат требования, обязательные для соблюдения на любых предприятиях всех форм собственности на территории страны. Утверждаются на государственном уровне.

Отраслевые – регламентируют требования к прокату, обращающегося  внутри отрасли.

На уровне предприятий  и ведомств действуют технические  условия на размерный и марочный состав проката. Разрабатываются и утверждаются на уровне заинтересованных предприятий и организаций. Технические условия в основном разрабатывают на новые виды проката, которые отсутствуют в государственном стандарте.

Государственные стандарты  подразделяют на сортаментные и на марки стали и технические требования.

В сортаментных стандартах регламентированы форма и размеры  поперечного сечения профиля  и его отдельных элементов, длина  профиля, допускаемые отклонения от номинальных размеров, форма проката (серповидность, плоскостность, волнистость и пр.), масса одного погонного метра и т.д. Для проката, используемого для сооружений со сложными условиями нагружения, дополнительно указывают момент сопротивления, момент и радиус инерции и др.

Госты на марки стали  и технические требования регламентируют химический состав, группы и категории сталей, механические свойства, макро- и микроструктуру, состояние поверхности, вид термообработки и др. качественные показатели, а также правила приемки, методику испытаний, маркировку, упаковку и оформление документации на отгружаемую продукцию.