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 1330-1350^ОС 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) s_в - 500 МПа; d = 20% и 2) s_в = 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?