Реферат: Обработка металлов давлением

ТМО стали выполняется главным образом по трем схемам: высоко­температурная (ВТМО), низкотемпературная (НТМО) и предваритель­ная термомеханическая обработка (ПТМО).

ВТМО — термообработка с деформационного нагрева с последующим низким отпуском. Контролируемая прокатка, являясь разновидностью ВТМО, представляет собой эффективный спо­соб повышения прочности, пластичности и вязкости низколегирован­ных сталей. Основная идея этого вида обработки заключается в под­боре режимов прокатки и охлаждения после прокатки, что обеспечивает получение мелкого и од­нородного зерна в готовом прокате. Наиболее успешно это дости­гается понижением температуры прокатки в последних трех — пяти проходах до 780...850°С при увеличении степени деформациидо 15...20% и выше за проход.

НТМО заключается в нагреве стали до 1000...1100°С, быстром охлаждении до температуры метастабильного состояния аустенита (400...600°С) и высокой степени (до 90% и выше) деформации при этой температуре. После этого выполняется закалка на мартенсит и отпуск при 100…400°С. Этот способ применим к легированным ста­лям.

ПТМО характерна простотой выполнения технологического процесса: холодная пластическая деформация (повышает плотность дислокаций), дорекристаллизационный нагрев (обеспечивает полигонизацию структуры феррита), закалка со скоростного нагрева, отпуск, При этом перерыв между холодной деформацией и нагревом под за­калку не регламентируется, что значительно упрощает технологиче­ский процесс ПТМО.

Операция ускоренного охлаждения после прокатки или другого вида пластической деформации также представляет собой термомеха­ническую обработку. Поэтому эта операция приобретает в ряде слу­чаев важное значение как с точки зрения улучшения структуры ме­талла, а следовательно, и механических свойств, так и влияния на понижение окалинообразования и обезуглероживания.

Прокатка металлов

Прокатка металлов является таким видом пластической обработки, когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками про­катного стана в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и при­дания ей заданной формы. Существует три основных способа прокатки:

· про­дольная,

· поперечная,

· поперечно-винтовая (или косая).

При продольной прокатке деформирование заготовки осу­ществляется между вращающимися в разные стороны валками. Оси прокат­ных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пере­секаются под небольшим углом). Оба валка вращаются в одном на­правлении, а заготовка круглого се­чения — в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемая заготовка удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие за­готовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспе­чиваются соответствующей профилировкой валков и изменением рас­стояния между ними. Данным способом производят изделия, пред­ставляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.).

Поперечно-винтовая или косая прокатка выполняется во вращаю­щихся в одном направлении валках, установленных в прокатной клети под некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки ис­пользуют при производстве труб, главным образом для прошивки слитка или заготовки в гильзу. В момент соприкосновения металла с вращающимися валками, имеющими наклон к оси обрабатываемой за­готовки, возникают силы, направленные вдоль оси заготовки, и силы, направленные по касательной к ее поперечному сечению. Совместное действие этих сил обеспечивает вращение, втягивание обрабатываемой заготовки в суживающуюся щель и деформирование.

Металлургическая промышленность России выпускает разнообраз­ные виды проката, отличающиеся по форме поперечного сечения и размерам. Все эти изделия перечень которых называется сортаментом, как правило, стандартизованы.

Хотя сортамент прокатных изделий весьма обширен, все же пред­ставляется возможным весь прокат разбить на следующие основные четыре группы: сортовой, листовой, трубы, специальные виды проката (бандажи, колеса, периодические профили и пр.). Наиболее разнооб­разной является группа сортового проката, который подразделяется на простые и фасонные профили. Прокат в виде круга, квадрата, полос плоского сечения относится к простым профилям. Прокат сложного поперечного сечения относится к фасонным профилям. В зависимости от назначения фасонные профили подразделяются на профили общего или массового потребления (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили и др.) и профили специального назна­чения (рельсы железнодорожные широкой и узкой колеи, рельсы трам­вайные, профили сельскохозяйственного машиностроения, электропромышленности, нефтяной промышленности и др.). В прокатных цехах производят более 1600 размеров простых профилей, более 1100 фасонных профилей общего потребления и при­мерно 1350 размеров профилей специального назначения.

Весь сортовой прокат подразделяется на четыре группы: сталь крупносортная, сред несортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до 9 мм.

В зависимости от способа производства и толщины листовой прокат подразделяется на три основных группы: горячекатаные толстые листы толщиной 4 мм и более, горячекатаные тонкие листы толщиной менее 4 мм и холоднокатаные листы всех размеров. Листовой прокат из стали и цветных металлов используется в самых разнообразных от­раслях промышленности. Поэтому листовую сталь часто подразделяют по назначению, так, например, свариваемая корпусная сталь судо­строения (ГОСТ 5521—76), горячекатаная толстолистовая конструк­ционная качественная углеродистая сталь толщиной от 4 до 14 мм и низколегированная сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением (ГОСТ 5520—69), рулонная холоднокатаная сталь тол­щиной 0,02—4 мм и др.

В соответствии с ГОСТом трубы, изготовляемые на прокатных ста­нах, подразделяются на две группы: бесшовные и сварные (со швом). Помимо круглых труб производят также профильные трубы и с пере­менными размерами сечения по длине. Объем производства труб уве­личивается с каждым годом. Наиболее заметно растет производство сварных и холоднокатаных труб.

Развитие машиностроения, создание новых отраслей промышлен­ности повышают требования к качеству металла, вызывают необходи­мость расширения сортамента и увеличения производства дефицитных видов проката. Вместе с тем растет потребность расширения производства экономичных профилей. К таким видам проката можно отнести тонкостенные и широкополочные балки, тонкостенные уг­ловые профили, швеллеры, гнутые профили и пр. Для серийного машиностроения имеет большое значение выпуск периодических профилей, использование которых обеспечивает заметную экономию металла (до 20...30%), повышает производительность штамповки.

Длительнее время получение готового проката выполнялось по тех­нологической схеме «слиток — готовый прокат». В этих условиях по­лучали слиток небольшой массы и выбирался он с таким расчетом, чтобы непосредственно из него можно было получить необходимое изделие за один нагрев. Однако по мере развития машиностроения и металлургии, главным образом высокопроизводительных способов получения стали, возникла необходимость разливать сталь в слитки значительной массы—6...10 т и более. Получение готового проката из такого слитка за один нагрев не всегда представляется возможным. По этой причине начали строить обжимные станы, задача которых со­стояла в обработке слитка в заготовку. Данное обстоятельство приве­ло к новой технологической схеме: слиток — полупродукт (заготов­ка) — готовый прокат.

Прокатное производство металлургического завода в соответствии с этой технологической схемой включает систему станов, обеспечиваю­щих получение полупродукта в виде слябов, блюмов и других загото­вок, и систему станов, которые выпускают готовый прокат в виде сор­товой стали, горяче и холоднокатаных листов, лент, труб и пр.. Поэтому прокатные цехи, как правило, имеют в своем соста­ве: обжимные (блюминги, слябинги) и заготовочные станы, являющие­ся основными агрегатами, связывающими сталеплавильные цехи и прокатные станы, выпускающие готовый прокат; сортовые станы (рельсобалочные, крупно-, средне-, мелкосортные и проволочные); листо­прокатные станы; трубные станы и др.

Наряду с такой широко распространенной технологической схемой наблюдается переход к схеме «литая заготовка — готовый прокат». Этому способствует успешное освоение разливки стали в заготовки квадратного и прямоугольного сечений, что имело распространение лишь в цветной металлургии. Непрерывное литье стальных заготовок длительное время не применялось из-за значительных трудностей вы­полнения технологического процесса самой разливки. Однако этот процесс обеспечивает получение химически более однородной плотной заготовки, что резко повышает выход годного. Например, на слябах спокойной углеродистой стали выход годного выше на 20%, чем при разливке в изложницы. Вместе с тем исключается необходимость иметь отделение подготовки изложниц и поддонов, а также стрипперное от­деление. Применение непрерывной разливки стали снижает себестоимость металлургического передела, так как при этом устраняется не­обходимость в дорогостоящем оборудовании обжимных цехов, исклю­чаются расходы на содержание обслуживающего и административного персонала. Установлено, что себестоимость проката в этих условиях снижается на 8...10% при улучшении во многих случаях механиче­ских свойств и других характеристик стали..

Непрерывным литьем стали изготовляют слябы сечением до 300х2030, 300х2320 мм, квадратные заготовки сечением до 320х320 мм, а также круглые полые труб­ные заготовки. Технологическая схема по­лучения того или иного вида готового проката предусматри­вает включение всех необходи­мых последовательных операций обработки, начиная с подготов­ки слитка или заготовки для нагрева и кончая завершающей отделкой и определением каче­ства готового проката. Вместе с тем следует иметь в виду, что технология изготовления даже одного и того же вида изделия может в какой-то мере отличать­ся, если производство его осуще­ствляется на другом прокатном стане, хотя основные операции изготовления имеют много об­щего.

К основным технологиче­ским операциям любой техно­логической схемы производства проката следует отнести: под­готовку исходных материалов; нагрев перед прокаткой (кроме хо­лодной прокатки, когда, однако, часто требуется другая операция — соответствующая термическая обработка); горячую и холодную про­катку; калибровку и производство гнутых профилей; отделку с опе­рациями резки, правки, термической обработки, удаления поверхно­стных дефектов, травления и пр.

Волочение металла

Волочение металла — это протягивание изделия кругло­го или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (во­локу), площадь выходного сечения которого меньше площади сечения исходного изделия. Волочение выполняется тяговым усилием, прило­женным к переднему концу обрабатываемой заготовки. Данным спосо­бом получают проволоку всех видов, прутки с высокой точностью по­перечных размеров и трубы разнообразных сечений.

Обработка металла волочением находит широкое применение в металлургической, кабельной и машиностроительной промышленности. Волочением получают про­волоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы главным образом небольшого диаметра и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий, и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью разме­ров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой.

Волочение чаще всего выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию большинства металлов сопровож­дает наклеп. Это свойство в совокупности с термической обработкой, используют для повышения некоторых механических характеристик металла. Так, например, арматурная проволока диаметром 3...12 мм из углеродистой конструкционной, стали (0,70...0,90%С) при произ­водстве ее волочением обеспечивает предел прочности 1400... 1900 МПа и предел текучести 1200... 1500 МПа.

Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс за­метно производительнее и менее трудоемок.

Волочением можно изготовлять полые и сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими спосо­бами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины).