Лекции по "Материаловедению"

Основными марочными  стандартами, по которым производят более 80% проката, являются ДСТУ 2651-94 (ГОСТ 380-94) «Сталь углеродистая обыкновенного  качества» и ГОСТ 1050 «Сталь углеродистая качественная».

Несмотря на разнообразие сортамента прокатных изделий, в зависимости от формы поперечного сечения его подразделяют на четыре основные группы: сталь сортовая, сталь листовая, трубы и прочие виды проката.

^ 6.1. Сортовая сталь

Наиболее разнообразным  по форме и количеству профилеразмеров является сортамент сортовой стали. Сортовые профили можно использовать и как готовые изделия, и как заготовки для последующей обработка. Их классифицируют по ряду признаков: по размеру, по форме, по назначению.

По размерам различают  сталь:

крупносортную (диаметр  круга > 80 мм, двутавровые балки и швеллеры свыше № 16, железнодорожные рельсы и пр.);

среднесортную (диаметр  круга 40…80 мм, двутавровые балки  и швеллеры до № 16, рудничные рельсы и пр.);

мелкосортную (диаметр  круга 10…40 мм и др.);

катанку (диаметр круга 5…9 мм).

По форме сортовые профили подразделяют на простые  и сложные или фасонные (рис. 6.1).

К простым относятся  профили, у которых касательная  к любой точке периметра поперечного  сечения не пересекает это сечение. Сюда относят прокат круглого, квадратного, шестигранного, прямоугольного сечения, полосовую, штрипсовую сталь и др.

Государственными стандартами  предусмотрены круглые профили  диаметром 5…250 мм, квадратные - со стороной квадрата 5-250мм, шестигранные с диаметром  вписанной окружности 8…100 мм, полосовые шириной 10…200 мм и толщиной 4…60 мм, штрипсовые шириной 65…415 мм и толщиной 2,27…5,0 мм и др.

К фасонным профилям относятся  уголки, двутавровые балки, швеллеры, шпунты, рельсы и др. профили со сложной  формой поперечного сечения. Используют в основном в качестве готовых изделий.

Государственными стандартами  предусмотрены равнобокие уголки с  полками 20…250 мм, неравнобокие – 25/16…250/160 мм, балки двутавровые высотой 100…700 мм и широкополочные высотой до 1100мм, швеллеры высотой 50…400 мм, рельсы железнодорожные массой 38, 43, 50, 65 и 75 кг/п.м, рельсы рудничные массой 8, 11, 15, 18, 24 и 33 кг/п.м и др.

По назначению сортовые профили подразделяют на профили: общего назначения, отраслевого назначения и специального назначения.

Профили общего назначения используют в самых разных целях, в самых разных отраслях народного  хозяйства. Это круги, квадраты, полосы, уголки, балки, швеллеры и пр.

К профилям отраслевого  назначения относятся профили, специфичные  для данной отрасли: рельсы трамвайные, железнодорожные и рудничные, шпунтовые сваи, профили для сельскохозяйственного, транспортного, горного машиностроения.

Профили специального назначения предназначены для конкретных изделий, а уже сами эти изделия могут  быть использованы в самых разных отраслях. Это, например, круглая или шестигранная пустотелая сталь для изготовления буров, профили трехгранные, овальные и пр. для инструмента (напильников, рашпилей и т.п.), желобчатые профили для рессор транспортных средств и т.д.

Следует отметить, что четкой грани между профилями отраслевого и специального назначения нет. Те же железнодорожные рельсы можно рассматривать и как специальный профиль для прокладки пути, а их можно использовать и на транспорте, и в строительстве, и в портовых сооружениях и т.д.

^ 6.2. Листовая сталь

Листовая сталь является одним из наиболее эффективных видов  проката. Изделия, получаемые из листового  материала штамповкой или сваркой, значительно дешевле и качественнее, чем, например, литые. По удельному весу и сортаменту листовой стали в объеме прокатной продукции судят не только об уровне металлургии, но и об уровне экономики страны. По этому показателю Украина существенно отстает от развитых стана мира.

Горячекатаную листовую сталь различают по толщине, назначению, точности, плоскостности и состоянию кромок.

По толщине листовую сталь делят на два вида: тонколистовую  толщиной до 4 мм и толстолистовую толщиной 4 мм и более. Кроме того, в сортаменте толстолистовой стали выделяют еще  плиты толщиной свыше 50 мм и брамы толщиной свыше 250 мм.

По ГОСТ 19903 размеры  листовой стали колеблются по толщине  от 0,5 до 160 мм и более и по ширине от 500 до 3800 мм и более.

Различные отрасли предъявляют  к листовой стали свои требования по химическому составу, механическим свойствам, коррозионной стойкости, жаропрочности, магнитной проницаемости и др. специфическим свойствам. В зависимости от этого по назначению различают листовые стали: котельную, судостроительную, мостовую, электротехническую, инструментальную, броневую и пр.

По точности горячекатаную листовую сталь делят на высокоточную и нормальной точности.

По плоскостности –  на полосы особо высокой плоскостности (ПО); высокой плоскостности (ПВ); улучшенной плоскостности (ПУ) и нормальной плоскостности (ПН).

По состоянию кромок различают листы с катаными (необрезными) и обрезными кромками.

Кроме того, горячекатанная листовая сталь может быть с травленной или нетравленной поверхностью.

6.3 Трубы

Трубы тоже являются одним  из важных видов прокатной продукции. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что в государственных планах и статистической отчетности трубы учитываются отдельной строкой. В общем объеме выпускаемого проката трубы составляют 15-20%, число профилеразмеров – около 18 000. Диапазон диаметров трубчатых профилей достаточно широк – от 0,5 до 2420 мм с толщиной стенки от 0,1 до 75 мм.

По способу производства трубы подразделяют на сварные (шовные) и бесшовные. Сварные трубы в  свою очередь делят на спиральношовные  и прямошовные диаметром от 8 до 2420 мм с толщиной стенки 0,5…32 мм.

Спиральношовные трубы  более технологичны и экономичны: трубы одного диаметра можно получать из заготовки (полосы) разной ширины и, наоборот, трубы разных диаметров  можно получать из полосы одной ширины.

Прямошовные трубы большого диаметра (более 1200 мм) вынуждено производят двушовными из-за отсутствия в сортаменте листов нужной ширины.Бесшовные трубы производят путем прокатки или прессования. Прессуют в основном трубы из цветных материалов, а также из труднодеформируемых сплавов. Сортамент бесшовных труб: диаметр 25…665 мм, толщина стенки 2,5…75 мм. Трубы меньших диаметров и толщин получают холодной прокаткой. По назначению трубы подразделяются на газо-, нефте- и водопроводные, насосно-компрессорные, обсадные, бурильные, шарикоподшипниковые и пр.

Кроме привычной круглой  формы трубы бывают квадратные, прямоугольные, полукруглые, оребренные и др. специального назначения.

Прочие виды проката

К прочим видам проката  относят преимущественно специальные  профили – сортовые, из листового  материала, трубчатые, - которые, как отмечено ранее, предназначены для вполне конкретных изделий, а уже сами изделия могут быть использованы в самых разных отраслях. Это цельнокатанные колеса, бандажи, поворотные круги, периодический прокат (рис. 6.2), биметаллы разного назначения, зубчатые колеса, оси, помольные шары и многие другие. Сортамент подобных профилей настолько широк (несколько десятков тысяч), что учесть его практически невозможно. Получают их с использованием всех видов обработки металлов давлением.

37. Сущность и технология процесса волочения.

Сущность процесса волочения  заключается в протягивании заготовок  через сужающееся отверстие (фильеру) в инструменте, называемом волокой. Конфигурация отверстия определяет форму получаемого профиля.

Волочением получают проволоку диаметром 0,002…4 мм, прутки и профили фасонного сечения, тонкостенные трубы, в том числе и капиллярные. Волочение применяют также для калибровки сечения и повышения качества поверхности обрабатываемых изделий. Волочение чаще выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию сопровождает наклеп, это используют для повышения механических характеристик металла, например, предел прочности возрастает в 1,5…2 раза.

Исходным материалом может быть горячекатаный пруток, сортовой прокат, проволока, трубы. Волочением обрабатывают стали различного химического состава, цветные металлы и сплавы, в том числе и драгоценные.

Оборудование для волочения

Основной инструмент при волочении – волоки различной  конструкции. Волока работает в сложных  условиях: большое напряжение сочетается с износом при протягивании, поэтому их изготавливают из твердых сплавов. Для получения особо точных профилей волоки изготавливают из алмаза.

Технологический процесс  волочения включает операции:

предварительный отжиг  заготовок для получения мелкозернистой структуры металла и повышения его пластичности;

травление заготовок  в подогретом растворе серной кислоты  для удаления окалины с последующей  промывкой, после удаления окалины  на поверхность наносят подсмазочный слой путем омеднения, фосфатирования, известкования, к слою хорошо прилипает смазка и коэффициент трения значительно снижается;

волочение, заготовку  последовательно протягивают через  ряд постепенно уменьшающихся отверстий;

отжиг для устранения наклепа: после 70…85 % обжатия для стали и 99 % обжатия для цветных металлов ;

отделка готовой продукции (обрезка концов, правка, резка на мерные длины и др.).

Технологический процесс  волочения осуществляется на специальных  волочильных станах. В зависимости  от типа тянущего устройства различают станы: с прямолинейным движением протягиваемого металла (цепной, реечный); с наматыванием обрабатываемого металла на барабан (барабанный). Станы барабанного типа обычно применяются для получения проволоки. Число барабанов может доходить до двадцати. Скорость волочения достигает 50 м/с.

Процесс волочения характеризуется  параметрами: коэффициентом вытяжки  и степенью деформации.

Обычно за один проход коэффициент вытяжки λ не превышает 1,3, а степень деформации ε – 30 %. При необходимости получить большую величину деформации производят многократное волочение.

38. Оборудование  свободной ковки. Операция свободной  ковки.

Процесс деформации металла  под ударами молота, кувалды, молотка  или воздействия пресса называется свободной ковкой.

Свободной ковкой можно изготовлять поковки различной массы — от нескольких граммов до сотен тони. В основном свободная ковка применяется в индивидуальном и мелкосерийном производстве.

Свободная ковка разделяется  на ручную и машинную. При ручной ковке обрабатывают небольшие заготовки и удары наносят ручником или кувалдой. Ручная ковка широко применяется в мастерских при ремонтных работах.

Свободная ковка на молотах  и прессах. В настоящее время  при свободной ковке пользуются приводными молотами и прессами. Это  позволяет увеличить производительность ковки и обрабатывать крупные заготовки. Основные операции при свободной ковке на молотах и прессах такие же, как и при ручной. Инструмент, при­меняемый при ковке на молотах и прессах, несколько отличается от инструмента для ручной ковки. Например, при рубке применяют кузнечные топоры, для прошивки и пробивки отверстий используют прошивки, кроме того, при свободной ковке применяют различные обжимки и раскатки. При работе с тяжелыми заготовками широко используются приспособления для их кантовки и перемещения: кантователи и манипуляторы.

Ковочные молоты подразделяются на приводные и паро-воздушные. Приводные  молоты в свою очередь бывают рычажно-пружинные, пневматические и фрикционные. Паро-воздушные  молоты бывают одинарного и двойного действия. Часть молота, которая служит опорой стальной подушки и нижнего бойка, называется шаботом. Падающая часть молота называется бабой. Нижняя часть бабы, которая соприкасается при ударе с заготовкой, называется бойком. Чем тяжелее падающая часть молота и чем больше высота и скорость падения, тем больше сила удара молота.

Основной характеристикой  молота является масса его падающих частей. Имеются молоты с весом  падающих частей от 150 кг до 16 т.

Пневматический молот  имеет два параллельных цилиндра — рабочий  й компрессионный. В рабочем цилиндре движется поршень, связанный с бабой-бойком . Поршень  приводятся в движение кривошипно-шатунным механизмом. Он сжимает поочередно воздух в нижней и верхней полостях компрессорного цилиндра и нагнетает его в полость рабочего цилиндра по каналам, в результате чего происходит опускание (удар) и подъем бабы. Для выпуска воздуха из цилиндра и его впуска используются краны, управляемые  педалью. Пневматические молоты дают возможность делать отдельные удары автоматически и поддерживать бабу в поднятом состоянии или прижимать ее к заготовке. Вес падающей части пневматических молотов колеблется от 50 до 1000 kгc.

Паро-воздушные молоты бывают простого и двойного действия. Они приводятся в движение паром  или сжатым воздухом, поступающим под давлением 0,4—0,8 МН/м2 (4—8 кгс/см2). В молотах простого действия пар используется для подъема бабы. Удар бабы по заготовке происходит под действием силы тяжести. В молотах двойного действия пар служит не только для подъема бабы, но и для увеличения силы удара. Паро — воздушные молоты изготовляют с весом падающей     части до 16 тс.

Гидравлические ковочные прессы применяются для получения  тяжелых поковок из слитков, масса  которых достигает 250 т, а также  в штамповочном производстве. Прессы обеспечивают равномерную деформацию металла, не требуют сооружения дорогостоящих фундаментов, работают бесшумно и просто управляются. Гидравличе­ские прессы могут создавать давление до 700 МН (70000 тс).