Теорія конструкційних матеріалів

Жаростійкі чавуни стійкі до окиснення на повітрі та інших газових середовищ при підвищеній температурі. Це досягається легуванням графітизованих чавунів з пластинчастим або кулястим графітом алюмінієм, хромом і кремнієм, а також частково нікелем і марганцем.

При температурі середовища до 650°С чавун легують хромом (0,5...2,7%), при температурах 800...900°С у чавун вводять 5...6% кремнію і сприяють утворенню феритно-перлітної структури з пластинчастим або кулястим графітом, При експлуатації деталей у середовищі з температурою вище 1000°С чавун легують хромом (23...32%) та алюмінієм (19...25%). У марках цих чавунів записують літери "ЖЧ", а також "С", "X" або "Ю" з числами через дефіс, які показують вміст кремнію, хрому і алюмінію у відсотках, наприклад, ЖЧХ-0,8, ЖЧХ-30, а також літеру "Ш" в кінці марки для кулястої форми графіту.

Корозійної стійкості сірий чавун набуває при легуванні хромом, кремнієм, нікелем, алюмінієм та іншими елементами, які сприяють утворенню на поверхні деталі оксидної плівки, що не взаємодіє з середовищем. Деталі з таких чавунів добре працюють в середовищі кислот, лугів, морської води і т.п. Хромонікелеві чавуни стійкі в розплавлених лугах і їх водних розчинах. З них виготовляють, наприклад, котли для розплавлення каустичної соди. Корозійна стійкість зростає при зменшенні розмірів графітних вкраплень. У марках цих чавунів записують літери СЧЩ ("Щ" -- стійкість у середовищі лугів) і через дефіс номер сплаву, наприклад, СЧЩ-І, СЧЩ-2.

Тема 2.7 Інструментальні матеріали

Інструментальні вуглецеві сталі

Вуглецеві інструментальні сталі розглянуті в темі 2.3.

Леговані інструментальні сталі

Це вуглецеві інструментальні сталі, леговані хромом (Х), вольфрамом (В), ванадієм (Ф), кремнієм (С), нікелем (Н), марганцем (Г), молібденом (М) та іншими легуючими елементами. Цифри попереду марки сталі вказують на вміст вуглецю в десятих долях % (інколи вміст вуглецю вказується в сотих долях %), цифри після відповідних літер вказують на вміст легуючих елементів у %. При відсутності цифри вміст вуглецю, або легуючих елементів становить близько 1 %. Так в сталі 9ХС близько 0,9 % вуглецю та близько 1 % хрому і 1 % кремнію. Термообробка включає гартування при температурі 810…870_С та низькотемпературний відпуск. Структура після термообробки - легований мартенсит, карбіди та залишковий аустеніт. Після термічної обробки леговані інструментальні сталі мають твердість 62…65 HRC і теплостійкість 250…350 _С.

Сталі 9ХС та 95ХГСВФ використовують для виготовлення мітчиків, плашок, дрібних свердл, зенкерів, розверток, дрібних фрез. Сталь ХВ5 після термообробки має твердість 70 HRC, але її теплостійкість становить 150 _С. Тому інструменти з цієї сталі рекомендуються для обробки високоміцних матеріалів на низьких швидкостях різання. Сталь ХВГ має високу здатність до гартування і використовується для виготовлення протяжок, довгих мітчиків та довгих розверток. Сталі Х12, Х12М, Х6ВФ мають високу зносостійкість і використовуються для виготовлення дрібних фрез, інструментів для обробки отворів, мітчиків і плашок. Для виготовлення мітчиків і плашок використовуються також сталі 11Х, 11ХФ. Сталі Х, В2Ф, 13Х використовуються для виготовлення слюсарних інструментів.

Швидкорізальні інструментальні сталі

Основним легуючим елементом цих сталей є вольфрам (6…18 %). Також ці сталі мають 0,7…1,55% вуглецю та 3…4,6% хрому. Додатково швидкорізальні сталі легують молібденом (М), кобальтом (К), ванадієм (Ф), титаном (Т), цирконієм (Ц). Швидкорізальні сталі позначаються літерою Р (рапід - швидкорізальний). Цифра попереду літери Р вказує на вміст вуглецю в десятих долях %, а цифра після літери Р вказує на вміст вольфраму у %. Вміст інших легуючих елементів вказується також у %, а вміст азоту (А) вказується в сотих долях %. Хром є обов'язковим легуючим елементом швидкорізальної сталі, але його вміст в марці не вказується. Так сталь Р6М5 містить близько 1 % вуглецю, 6 % вольфраму, 5 % молібдену та від 3 % до 4,6 % хрому. Точний хімічний склад та властивості швидкорізальних сталей визначається з довідників.

Термічна обробка швидкорізальних сталей залежить від марки сталі і складається з відпалу з повільним нагріванням до 800…860 _С та гартування з повільним нагріванням до 840…860 _С і швидким нагріванням до 1200…1300_С. Нагрівання можна проводити в розплавлених соляних ваннах. Охолодження проводиться в мінеральному маслі. Структура сталі складається із високолегованого мартенситу, первинних карбідів, що не перейшли в твердий розчин під час нагрівання, та залишкового аустеніту.

Для поліпшення структури сталі проводять 2…3-х разовий відпуск при 550…560 _С, в результаті чого залишковий аустеніт переходить в мартенсит. Твердість сталі зростає. З метою повного розпаду аустенітної структури та утворення мартенситної структури сталі можна проводити обробку швидкорізальних інструментів холодом при -75...-80 _С. Твердість швидкорізальних сталей після термообробки становить 63…67 HRC, а теплостійкість підвищується до 615…650 _С.

Із сталей Р9, Р12, Р18, Р6М3, Р6М5, Р9М тощо виготовляються інструменти для обробки кольорових сплавів, чавунів, конструкційних вуглецевих та легованих сталей. Для обробки корозійностійких, жаростійких, високоміцних сталей і сплавів застосовуються інструменти, виготовлені із сталей Р9К5, Р9К10, Р9Ф5, Р12Ф3, Р6М5К5, Р9М4К8, Р6М5Ф2К8, Р12Ф4К5, Р12Ф3К10М3.

В останні десятиліття все частіше отримують заготовки для інструментів із швидкорізальних сталей методом порошкової металургії. Дуже дрібні порошки компонентів вибраної марки сталі старанно перемішують, пресують і спікають при високій температурі. Сталі, виготовлені методом порошкової металургії, мають додаткове позначення МП, наприклад, Р6М5К5МП.

Для виготовлення інструментів, які будуть працювати в тяжких умовах використовують також кабідосталі, до складу яких вводиться порошки тугоплавких карбідів (переважно TiC). В карбідосталях (Р6М5-КТ20, Р6М5К5-КТ20) поєднується висока твердість (70…72 HRC) з високою міцністю і в'язкістю легованих сталей.

Тверді металокерамічні сплави

Тверді металокерамічні сплави отримують шляхом пресування і спікання у вакуумі або в атмосфері водню карбіду вольфраму, карбіду титану, карбіду танталу з кобальтом при температурі 1500…2000 _С. Тверді сплави мають високу твердість і теплостійкість, що дозволяє підвищити швидкість різання в 2…4 рази в порівнянні з швидкорізальними сталями. Але ці сплави крихкі, тому їх частіше всього використовують у вигляді пластин для оснащення різальних інструментів (токарні та стругальні різці, зенкери і розвертки, фрези, а також інколи свердла та мітчики). В інструментальному виробництві застосовують вольфрамові (ВК), титановольфрамові (ТК) і титанотанталовольфрамові (ТТК) тверді сплави.

Вольфрамові тверді сплави (ВК2, ВК3, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10) мають твердість до 91 HRA і теплостійкість 800…850 _С. Цифра після літери К вказує на вміст кобальту (зв'язуючий елемент). Так сплав ВК4 має 4 % кобальту (Со) та 96 % карбіду вольфраму (WC). Від розміру зерен карбідів і вмісту кобальту залежать фізико-механічні властивості вольфрамових твердих сплавів. Сплави з малим вмістом кобальту (ВК2, ВК3, ВК4) мають високу твердість і високу зносостійкість, але невисоку міцність, тому рекомендуються для чистової обробки. Зі збільшенням вмісту кобальту міцність сплаву зростає, але знижується зносостійкість і твердість, тому сплави з підвищеним вмістом кобальту (ВК6, ВК8, ВК10) використовуються для чорнової обробки.

Вольфрамові тверді сплави рекомендується використовувати для обробки чавунів, кольорових металів та сплавів. При обробці сталей інструменти з цих сплавів швидко спрацьовуються і тому не рекомендуються. Виняток складають сплави ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК8, ВК10-ОМ, які з успіхом застосовуються для обробки жаростійких і корозійностійких сталей та титанових сплавів. Для обробки жаростійких сталей і сплавів можна рекомендувати тверді сплави з особливодрібнозернистою структурою, які додатково леговані карбідами хрому (ВК10Х-ОМ, ВК15Х-ОМ).

Титановольфрамові тверді сплави (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12) складаються з карбіду вольфраму і карбіду титану та зв'язуючого елементу - кобальту. Так сплав Т15К6 містить 6 % кобальту (Со), 15 % карбіду титану (ТіС) і 79 % карбіду вольфраму (WC). Теплостійкість сплавів ТК 850…900_С, твердість 87…92 HRA. Ці сплави мають більшу зносостійкість, але їх міцність менша і вони більш крихкі. Застосовуються для обробки вуглецевих та легованих сталей. Сплави з низьким вмістом кобальту (Т30К4, Т15К6) рекомендуються для чистової обробки, а сплави звисоким вмістом кобальту (Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12) - для чорнової обробки сталі.

Титанотанталовольфрамові тверді сплави (ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8, ТТ20К9) мають теплостійкість 750 _С і твердість 90…94 HRA. До складу цих сплавів входить також карбід танталу. Так сплав ТТ7К12 містить 12 % кобальту(Со), 7% карбіду титану і карбіду танталу (ТіС + ТаС) та 81 % карбіду вольфраму. Сплави ТТК мають більш високу міцність та в'язкість, ніж сплави групи ТК, але поступаються їм за твердістю та теплостійкістю. Завдяки високій зносостійкості та ударній в'язкості сплави ТТК ефективні при чорновій обробці сталей та сплавів. Особливо ефективні сплави ТТК при обробці важкооброблюваних сталей і сплавів. Останнім часом для поліпшення характеристик сплавів ТТК до їх складу вводиться карбід ніобію (NbC).

Безвольфрамові тверді сплави - це сплави на основі карбіду титану (ТіС), нітриду титану (ТіN) і карбіду хрому (CrC), де в якості зв'язки використовується нікель і молібден. Ці сплави мають високу теплостійкість (до 1000 _С), але менш міцні порівняно зі сплавами ВК, тому ефективні при чистовому та напівчистовому точінні і фрезеруванні. Схильність до злипання з поверхнею заготовки невисока і наріст на різцю під час обробки практично не утворюється. Інструменти, оснащені сплавами ТМ1, ТМ3, ТН20, КНТ16, КНТ20, КХН20, КХН30, КТС2М, забезпечують високу якість обробки, що дозволяє замінити шліфування чистовим точінням. Але ці сплаві погано піддаються паянню і заточуванню, тому їх використовують у вигляді непереточуваних багатогранних пластин.

Мінералокерамічні тверді сплави

Застосування мінералокерамічних інструментальних сплавів в значній міри вирішує проблему економії дефіцитного вольфраму. Зараз в розвинених країнах до 18 % різальних інструментів оснащуються пластинками з мінералокераміки. Різальна кераміка виготовляється на основі оксидів (головним чином Al2O3), нітридів (переважно Si3N4), або змішаною. З метою підвищення міцності до складу кераміки вводять оксиди цирконію та гафнію (ZrO2, HfО2), карбід титану (ТіС), нітрид титану (ТіN) та інші тугоплавкі сполуки. Відповідно до складу кераміка поділяється на оксидну, оксидно-карбідну та нітридну.

Корунд, або оксидну кераміку (Al2O3), отримують із глинозему в електропечах при температурі 1720…1750 _С, тому його прийнято називати електрокорундом. Електрокорунд, має теплостійкість до 1200 _С і твердість до 90…94 HRA, але дуже крихкий. Для зміцнення оксидної кераміки вводиться оксид цирконію (ZrO2). Сплави на основі Al2O3 використовуються у вигляді пластин переважно білого кольору для оснащення токарних різців, фрез, зенкерів, розверток тощо, які застосовують для чистової і напівчистової обробки вуглецевих та легованих сталей, в т. ч. важкооброблюваних. Сплавами на основі Al2O3 + ZrO2 можна виконувати чорнову та чистову обробку різних сталей, чавунів та високоміцних сплавів. У вигляді окремих зерен електрокорунд використовується для виготовлення абразивних інструментів.

З метою підвищення міцності до складу оксидної кераміки вводять карбіди титану, кремнію, хрому тощо. Міцність такої оксидно - карбідної кераміки (ВОК-60, ВОК-63) зростає у 1,5…2 рази.

До складу нітридної (безоксидної) кераміки вводять карбід та нітрид титану, нітрид бору. Таку кераміку можна застосовувати для чистової обробки гартованих легованих сталей та для швидкісної обробки сталей.

Разом з тим пластини з мінералокераміки мають дещо меншу міцність на згин та меншу ударну в'язкість у порівнянні з пластинами із твердих сплавів. З метою усунення цього недоліку застосовують багатошарову кераміку. Наприклад, для виготовлення робочого шару пластин з кераміки ВОК-95С та ВОК-95М використовують ВОК-63, ВОК-71, а перший або проміжний шар виготовляють з твердого сплаву.

Надтверді інструментальні матеріали

Самим твердим інструментальним матеріалом є алмаз. В інструментальному виробництві він використовується для оснащення лезових та абразивних інструментів. При виготовленні лезових інструментів необхідно враховувати анізотропність алмазу, тобто різну величину міцності і твердості в різних напрямках кристалу. Крім високої твердості алмаз має високу зносостійкість, добру теплопровідність і малий коефіцієнт тертя.

Тонке точіння алмазними різцями може забезпечити шорсткість поверхні до Ra = 0,025 мкм. Разом з цим він дуже крихкий і дорогий. Інструменти, оснащені алмазом, найбільш доцільно застосовувати для тонкого точіння і розточування кольорових сплавів та пластмас.

Для виготовлення інструментів частіше використовуються штучні алмази, які мають значно меншу вартість. Синтетичні алмази АСБ - баллас (АСБ-5, АСБ-6) рекомендуються для обробки кольорових сплавів з підвищеним вмістом кремнію, склопластиків, пластмас. Так при обробці склопластиків зносостійкість балласу в 70…80 разів вища зносостійкості твердих сплавів ВК2, ВК3М. Балласи використовують для оснащення різців, свердл, фрез та для виготовлення абразивних інструментів. Синтетичні алмази АСПК - карбонадо (АСПК-1, АСПК-2, АСПК-3) рекомендуються для обробки особливоміцних сплавів. Монокристалеві алмази САМ високоефективні при обробці напівпровідникових матеріалів, радіотехнічної кераміки, кольорових сплавів з високим вмістом кремнію.

Кубічний нітрид бору (КНБ) по твердості близький до синтетичних алмазів і має теплостійкість в два рази вищу ніж в алмазів (до 1600 _С). На основі КНБ створені композиційні інструментальні матеріали (композити). Так композит 01 (ельбор-Р), композит 02 (бельбор), композит 10 (гексаніт-Р) мають масову частку КНБ не менше 95 %. Композит 05 має 40…50 % КНБ та 50-60 % Al2O3, ZrO2 та інші. Композити використовується для виготовлення абразивних інструментів, які призначені для обробки високоміцних і жаростійких сталей та сплавів, доводки твердосплавних інструментів після заточування і для оснащення лезових інструментів.

Композити є якісно новим інструментальним матеріалом. Чим вище твердість оброблюваного матеріалу, тим більш ефективне застосування різців і фрез, оснащених композитами. Враховуючі те, що лезові інструменти з композитів можуть працювати з глибиною різання до 5 мм, певний припуск можна зрізувати після термічної обробки. Це важливо для деталей, схильних до деформацій під час термообробки.

Інструменти, оснащені композитом, можуть працювати з високими швидкостями різання, що дає можливість значно підвищити продуктивність праці. При цьому різці з композитів забезпечують шорсткість обробленої поверхні Ra < 0,63…1,25 мкм і 7…8 квалітети точності.

Шляхом спікання КНБ, AlВ2, Al2N, Al2O3 з жароміцними сплавами отримують композиційний матеріал киборит, який забезпечує точіння чавунів, гартованих і високолегованих сталей без подальшого шліфування.

Тема 2.8 Сплави кольорових металів

Сплави міді. Склад, структура, властивості, маркування та використання латуней і бронз

Латунями називають сплави міді з цинком. Вони бувають простими (якщо містять лише мідь і цинк) і багатокомпонентними (коли містять крім міді а цинку інші хімічні елементи). Технічне застосування мають латуні з вмістом цинку до 45%.

У марках однофазних латуней записують літеру "Л" і число, що показує середній вміст міді у відсотках. У марках легованих латуней крім числа, що показує вміст міді, записують літери та числа, які вказують на наявність певного елемента і його вміст у відсотках. Алюміній у латунях позначають літерою "А", нікель -- Н, олово -- О, свинець -- С, фосфор -- Ф, залізо -- Ж, кремній -- К, марганець -- Мц, берилій -- Б, цинк -- Ц. У деформівних латунях записують спочатку всі літери, а потім числами через дефіс -- вміст легуючих елементів, наприклад, ЛАН59-3-2 містить 59% Сu, 3%А1 і 2% Nі. У марках ливарних латуней вміст міді не пишуть, а після літери "Л" записують літери та числа -- відсотки наявних елементів, наприклад, ЛЦ40МцЗА містить 40% Zn, 3% Мn, 1% А1 і 56% Сu.

Бронзами називають сплави міді з усіма елементами, крім цинку, який може бути наявним у невеликих кількостях як легуючий елемент. Назву бронза отримує за основним, крім міді, компонентом (олов'яниста, алюмінієва, кремниста, свинцева, берилієва тощо).

Найпоширенішою і давно відомою є олов'яниста бронза. Століттями застосовували машинну або гарматну бронзу з вмістом олова 9...12%, художню -- 3...8% Sn, монетну -- 4...5% Sn, а також бронзу для дзвонів з 20...25% Sn. Практичне застосування мають бронзи з вмістом олова до 10%. З метою здешевлення і для поліпшення технологічних властивостей олов'янисті бронзи легують цинком, свинцем, нікелем і фосфором.

Деформівні однофазні бронзи маркують літерами "Бр" (бронза), літерами "О, Ц, С, Ф, Н" і числами через дефіс, що показують вміст відповідно олова, цинку, свинцю, фосфору та нікелю у відсотках, наприклад, БрОЦС 4-4-2,5 містить 4% Sn , 4% Zn s 2,5% Рb. Ці бронзи мають високі електропровідність, корозійну стійкість та антифрикційні властивості, а також пружні властивості і опір втомі. Тому з них виготовляють круглі та плоскі пружини в точній механіці (годинники), електротехніці, хімічному машинобудуванні та інших галузях.

У марках ливарних бронз вміст кожного легуючого елемента пишуть одразу після літери, наприклад, БрОЗЦ7С5Н1 містить 2,5...4,0% Sn, 6,0...9,5% Zn, З...6% Рb і 0.5...2,0% Ni. Ливарні бронзи мають високі антифрикційні властивості (БрОЗЦІ2С5, БрО4-Ц4С17, БрО10Ц2). Висока корозійна стійкість бронз в атмосферних умовах, у морській та прісній воді дає змогу використовувати їх для пароводяної арматури, що працює під тиском. Сучасні технології литва дають змогу арматурі витримувати тиск до 30 МПа.

Замінником дорогих олов'янистих бронз є алюмінієві. Вони мають дещо вищі механічні властивості, високу рідкоплинність, дещо більшу усадку, добру герметичність і малу схильність до дендритної ліквації. Однофазні бронзи (БрА5, БрА7) мають високу пластичність і одночасно високу міцність (ув = 400...450 МПа, д = 60%). З них виготовляють електричні контакти та хімічно стійкі деталі. Двофазні алюмінієві бронзи частіше ливарні, мають високу міцність (ув = 600 МПа) і твердість (> 100 НВ). Їх можна термічно зміцнювати.

Чисті алюмінієві бронзи мають також чимало недоліків: велику усадку, схильність до газонасичення і окиснення під час плавлення, крупно кристалічну структуру, погано піддаються паянню. Для усунення цих недоліків алюмінієві бронзи легують залізом, нікелем і марганцем.

Залізо модифікує алюмінієві бронзи, підвищує їх міцність, твердість і антифрикційні властивості, зменшує схильність до крихкості. Термічна обробка легованих залізом бронз, наприклад БрАЖ9-4 (нормалізація або гартування і відпускання), дає змогу підвищити твердість до 175... 180 НВ. З них виготовляють корозієстійкі гвинти, вали тощо. Нікель поліпшує технологічні та механічні властивості алюмінієво-залізистих бронз при звичайних і підвищених температурах. З алюмінієво-залізисто-нікелевих бронз виготовляють деталі, які працюють у важких умовах стирання при високих температурах (400...500°С): сідла клапанів, напрямні втулки випускних клапанів, деталі насосів і турбін, шестерні та інші деталі. Високі механічні властивості характерні для алюмінієво-залізистих бронз, легованих дешевшим марганцем (БрАЖМц10-3-1,5). З них виготовляють жаростійкі деталі.

Кремнисті бронзи характеризуються високими механічними, пружними та антифрикційними властивостями. Вони добре зварюються і паяються, задовільно обробляються різанням і мають низькі порівняно з іншими бронзами та латунями ливарні властивості. Для підвищення ливарних властивостей їх легують цинком, марганцем і нікелем. Свинець поліпшує антифрикційні властивості та оброблюваність різанням. Кремнисті бронзи використовують замість дорожчих олов'янистих для виготовлення антифрикційних деталей

Берилієві бронзи мають дуже високі межі пружності і міцності, твердість і корозійну стійкість разом з підвищеною стійкістю до втоми, повзучості та спрацювання. Ці бронзи жароміцні до 310...340°С, мають високу тепло- і електропровідність, добре зварюються точковим і шовним зварюванням, практично не зварюються плавленням. З берилієвих бронз (БрБ2) виготовляють дуже відповідальні пружини (карбюраторів, бензонасосів), пружні контакти, мембрани, деталі, що працюють на стирання (кулачки, шестерні, черв'ячні колеса), підшипники ковзання для високих температур, швидкостей і тисків. Берилієва бронза є іскробезпечним матеріалом (не створює іскор при ударі по каменю чи металу). Тому з неї виготовляють електричні контакти та ударний інструмент для роботи у вибухонебезпечних умовах (інструменти гірників). Основним недоліком берилієвих бронз є їх висока вартість. Тому 0,1...0,3% Ве замінюють Мn, Nі, Ті, Со (БрБНТ1,7; БрБНТ1,9) без зниження механічних властивостей.

Свинцеві бронзи поєднують в собі високі антифрикційні властивості з високою теплопровідністю, ударною в'язкістю і втомною міцністю. Тому з них виготовляють високонавантажені підшипники ковзання для високих швидкостей (авіаційні та дизельні двигуни, потужні турбіни). Такі бронзи містять до 25...30% Рb. Для підвищення міцності та твердості ці бронзи легують розчинними у міді оловом, нікелем, марганцем (Бр СН60-2,5).

Сплави міді з нікелем називають мельхіорами (20...30% Ni, решта мідь), куніалями (5...15% Ni, 1,2...3,0% Аl), нейзільберами (13,5...16,5% Ni, 18...22% Zn або 1,6...2,0% Рb). Усі вони корозієстійкі в атмосфері, морській та прісній воді, багатьох органічних рідинах, розчинах солей тощо, а також немагнітні.

Сплави алюмінію. Склад, структура, властивості, маркування та застосування силумінів, дуралюмінів, високоміцних і жаростійких сплавів

Сплави алюмінію вирізняються високою питомою міцністю, здатністю протидіяти інерційним і динамічним навантаженням та високими технологічними властивостями. Більшість алюмінієвих сплавів мають добру корозійну стійкість (за винятком сплавів з міддю), високі тепло- та електропровідність, добре обробляються тиском, зварюються точковим зварюванням, а деякі і плавленням, добре обробляються різанням, алюмінієві сплави пластичніші, ніж сплави магнію та більшість пластмас.

Основними компонентами сплавів алюмінію є мідь, магній, кремній, марганець і цинк, деколи використовують літій, нікель і титан.

Сплави алюмінію класифікують за технологією виготовлення деталей (деформівні, ливарні, порошкові), за придатністю до термічної обробки (зміцнювані і незміцнювані) та за властивостями.

Деформівні сплави алюмінію розділяють за придатністю до термічної обробки. До незміцнюваних належать сплави системи Аl-Мn, що маркуються літерами АМц і числом -- номером сплаву, та сплави системи А1-Мg, в марках яких записують літери АМг та номер сплаву. Ці сплави придатні для умов, що вимагають високої корозійної стійкості, наприклад, трубопроводів для бензину і мастил, зварних баків тощо. Зі сплавів АМг і АМц, які мають межу міцності 110...430 МПа, виготовляють також заклепки, перегородки, корпуси та щогли суден, деталі ліфтів, рами вагонів, кузови автомобілів тощо.

Сплави алюмінію, які зміцнюються термічною обробкою, поділяють на сплави з нормальною міцністю -- дуралюміни, в марках яких записують велику літеру Д і числовий номер сплаву, та високоміцні, в марках яких записують велику літеру "В" і числовий номер. Серед деформівних сплавів виокремлюють сплави для обробки тиском -- ковкі. В їх марках записують літери "АК" та числовий номер сплаву.

Дуралюміни характеризуються добрим співвідношенням міцності та пластичності і належать до сплавів системи А1-Сu-Мg. Дуралюміни мають невисоку корозійну стійкість, тому їх поверхню покривають тонким шаром чистого алюмінію -- плакують. Товщина шару алюмінію становить 3...5% товщини листа. Паяння і зварювання дуралюміну не створюють рівноміцного з основним металом шва. Тому для нєрознімного з'єднання деталей з дуралюміну переважають заклепкові з'єднання. Заклепки також виготовляють з дуралюміну, причому пластичність загартованих заклепок із сплаву Д1 зберігається лише 2 год, а із сплаву Д16 -- 20 хв. Тому для заклепок використовують сплав Д18, в якому завдяки меншому вмісту міді та магнію пластичність зберігається і після старіння.

Дуралюміни широко застосовують в авіації, будівництві та машинобудуванні (лопаті повітряних гвинтів (Д1), шпангоути, тяги керування (Д16), деталі будівельних конструкцій, кузови вантажних автомобілів, обсадні труби тощо).

Ковкі сплави алюмінію (АК4-1, АК-4), крім високої міцності, мають високу пластичність у нагрітому стані. За хімічним складом вони близькі до дуралюмінів і відрізняються більшим вмістом кремнію. Їх додатково легують залізом, нікелем і титаном. Ці сплави використовують для виготовлення поршнів, головок циліндрів, обшивки літаків.

Ливарні сплави алюмінію при густині 2,65 т/м3, що менша за густину чистого алюмінію, мають межу міцності від 130 до 360 МПа і твердість від 50 до 100 НВ. Ці сплави поділяють на 5 груп.

Найпоширенішими є сілуміни, що містять 6…13 % кремнію. Вони добре зварюються, мають високу рідкоплинність, малу усадку, не схильні до утворення гарячих тріщин, герметичні. Маркіруються літерами АК (міст кремнію у %). АК12, АК9, АК7 тощо використовуються для мало- та середньонавантажуваних литих деталей складної форми.

Мідні сілуміни (АК5М, АК8М3, АК12М2МгН та ін.) характеризуються високою міцністю при звичайних та підвищених температурах. Вони добре обробляються різанням і зварюються, але ливарні властивості гірші. Застосовуються для виготовлення корпусів компресорів, головок і блоків циліндрів двигунів.

До ливарних відносяться також сплави системи А1-Cu (AM5) мають найбільш високу міцність, добре обробляються різанням і зварюються. Ливарні властивості цих сплавів є низькими.

метал тиск конструкційний матеріал

Антифрикційні сплави

Антифрикційні матеріали призначені для виготовлення підшипників (опор) ковзання, які часто використовуються в сучасних машинах і приладах завдяки їх стійкості до вібрацій, безшумній роботі та незначним габаритам.

Основними функційними властивостями підшипникового матеріалу є антифрикцінність і стійкість до втоми. Антифрикційність -- це здатність матеріалу забезпечувати низький коефіцієнт тертя ковзання з метою досягнення високої зносостійкості як самого підшипника, так і спряженого сталевого чи чавунного вала.

Бабітами називають м'які антифрикційні сплави на основі олова або свинцю. Їх маркують літерами "Б", якщо вони на основі олова, "БС" -- містять олово і свинець, "БК" -- свинець та кальцій, "БН" -- олово й домішки нікелю, а також числами, що відповідають вмісту олова у відсотках.

За хімічним складом бабіти поділяють на олов'яні (Б88, Б83), олов'яно-свинцеві (Б16, БС6) та свинцеві (БКА, БК2).

Через великий вміст високовартісного олова такі бабіти використовують для відповідальних підшипників, які працюють при великих швидкостях і високих (Б88) та середніх (Б83, Б83С) навантаженнях (парових турбін, турбокомпресорів, дизельних двигунів суден, опор гребних гвинтів тощо). Через низький опір втомі товщина шару бабіту підшипника не перевищує 1 мм.

Олов'яно-свинцеві бабіти містять не більше 17% олова. М'якою основою у них є твердий розчин олова, сурми та міді у свинці. Бабіт Б16 крихкіший за Б83, тому замінює його у спокійних умовах роботи: у підшипниках електровозів, паровозів, парових машин, гідротурбін тощо. Найдешевшим з бабітів є бабіт БС6; його застосовують у підшипниках нафтових двигунів, металообробних верстатів, а також для ударно-навантажених підшипників автотракторних двигунів. Ще дешевшими с свинцеві бабіти з кальцієм і натрієм (БКА, БК2). Ці бабіти використовують у підшипниках трамваїв і залізничних вагонів, у гірничодобувних машинах тощо.

Замінником високовартісних бабітів є алюмінієвий сплав АСМ (3,5...6,5% Sb, 0,3...0,7% Мg, решта -- Аl).

До антифрикційних сплавів з м'якою основою належать також олов'янисті та олов'янисто-цинково-свинцевисті бронзи. Це, наприклад, бронзи БрО1ОФ1, БрО10Ц2, БрO5Ц5С5, БрО6Ц6СЗ. Iз них виготовляють підшипники ковзання електродвигунів, компресорів, що працюють при значних тисках і середніх швидкостях ковзання.

До сплавів з твердою основою належать також графітизовані чавуни. Роль м'яких вкраплень у них виконує графіт. Для роботи в умовах високих тисків і малих швидкостей ковзання використовують сірі чавуни СЧ15, СЧ20, леговані антифрикційні чавуни АЧС-1. АЧС-2, АЧС-3, високоміцні АЧВ-1, АЧВ-2. а також ковкі АЧК-1, АЧК-2. Перевагою чавунів є невисока вартість, а недоліками -- недостатня припрацьовуваність до спряженої деталі, чутливість до наявності мастила і ударних навантажень.

Широке застосування у техніці отримали шаруваті підшипники. Перелічені антифрикційні матеріали, чисті метали та основа розміщені у них окремими шарами, кожен з яких має своє функційне призначення. Наприклад, чотиришаровий підшипниковий матеріал для сучасних автомобільних двигунів складається зі сталевої основи, на яку нанесено шар свинцевої бронзи БрСЗ0 товщиною 250 мкм. Цей шар покритий тонким (~ 10 мкм) шаром нікелю або латуні. Останній шар тощиною 25 мкм виготовлений зі сплаву олова та свинцю. Сталева основа забезпечує міцність і жорсткість підшипника у вигляді вкладиша. Верхній м'який шар поліпшує припрацьовуваність. Після його спрацювання робочим шаром стає бронза. Шар нікелю або латуні запобігає дифузії олова з верхнього шару у свинцеві вкраплення бронзи.

Тема 2.9 Корозія металів і способи захисту від неї

Поняття про корозію

Корозією металів і сплавів називають їх руйнування під впливом зовнішнього середовища.

Всі метали та сплави, які використовуються в техніці, кородують в тій чи іншій степені; лише золото і платина в звичайних умовах не піддаються корозії.

В якості прикладів корозії можна привести ржавіння заліза під дією атмосфери, роз'їдання підводних частин суден, псування деталей хімічної апаратури під впливом розчинів солей, кислот або лугів. Корозія призводить до часткового або повного виходу з ладу окремих деталей або всього виробу.

Близько 2 % всіх використовуваних у світі металів і сплавів щорічно втрачається від корозії.

В залежності від середовища, в якому протікає процес, розрізняють електрохімічну і хімічну корозію.

Електрохімічна корозія

Електрохімічною корозією називають таку корозію, яка супроводжується появою електричного струму. Найчастіше за все електрохімічна корозія металів протікає в рідинах - електроліті. Електролітами можуть бути кислоти, луги, їх розчини, розчини солей у воді, вода, яка містить розчинене повітря.

Атоми металів складаються з позитивно заряджених іонів, які коливаються біля свого середнього положення в кристалічній решіттці, і хаотично рухаються всередині просторової гратки негативно заряджених електронів.

Таблиця 2.1. Потенціал різних металів по відношенню до водню

Елемент	Номінальний потенціал по відношенню до водню	Елемент	Номінальний потенціал по відношенню до водню
Золото Ртуть Срібло Мідь Вісмут Сурма Водень Свинець Олово	+ 1,5 +0,86 +0,8 +0,344 +0,226 +0,2 0,000 -0,127 -0,136	Нікель Кобальт Залізо Хром Цинк Марганець Алюміній Магній Натрій	-0,23 -0,27 -0,439 -0,51 -0,762 -1,1 -1,3 -1,55 -2,71

При занурюванні металу в електроліт іони, які знаходяться на поверхні, переходять в розчин в кількості, яка залежить від природи металу і електроліту. Цей процес розчину металів в електроліті подібний звичайному розчиненню, наприклад, солі у воді, який припиняється тоді, коли розчин стане насиченим. Однак при розчиненні металу в електроліт переходять лише позитивно заряджені іони, внаслідок чого електроліт, що прилягає до металевої пластини, заряджається позитивно, а сама пластинка - негативно, за рахунок електронів, що залишилися. Всі метали володіють різною здатністю переходити в розчин, тобто різним ступенем розчинення, тому якщо пластинки різних металів опустити в один електроліт, то вони будуть мати різні потенціали, причому чим більше іонів металу перейде в розчин, тим більшим буде від'ємний потенціал цього металу. В таблиці 2.1 приведено значення потенціалів деяких елементів, виміряних по водневому електроду, потенціал якого прийнято рівним нулю.

При з'єднанні різних металічних пластинок, що знаходяться в електроліті, утворюються гальванічні пари, де анодом буде метал з більш низьким потенціалом, а катодом - метал з більш високим потенціалом. В гальванічній парі перехід іонів аноду в розчин буде тривати до повного розчинення пластинки аноду. Так, якщо пластинку цинку і пластинку заліза опустити в електроліт і з'єднати їх електрично, то цинк буде розчинятися до повної руйнації пластинки.

Структура технічних металів і сплавів в більшості випадків неоднорідна і складається з двох фаз (наприклад, фериту і цементиту). При занурюванні такого сплаву в електроліт окремі неоднорідні кристали його будуть мати різні потенціали, а через те, що ці кристали електрично замкнені один на одного через масу метал, то сплав буде представляти собою велику кількість окремих гальванічних мікропар. З цього видно, що чисті метали і однофазні сплави повинні мати більшу корозійну стійкість, ніж сплави, які складаються з суміші фаз. Досліди показали, що сталь, загартована на мартенсит, ржавіє значно менше, ніж та ж сама сталь після відпалу або високого відпуску (стан перліту, сорбіту або трооститу).

Шар електроліту при корозії може бути досить незначним: достатньо невеликої конденсації вологи з повітря на поверхні металу, як починається процес його ржавіння, тому електрохімічна корозія спостерігається і в закритих приміщеннях.

Хімічна корозія

Хімічною корозією називають корозію, яка не супроводжується появою електричного струму. Зазвичай в цьому випадку на метал діє сухий газ або рідина - неелектроліт (бензин, масло, смола тощо). При цьому на поверхні металу утворюються хімічні з'єднання, найчастіше за все - плівки окислів. Міцність плівок окислів різних металів різна. Наприклад, плівки окислів заліза є неміцними, а алюмінієва плівка досить міцна, щільно прилягає до поверхні металу і тим самим захищає його від подальшого руйнування.

Наявність міцної окисної плівки захищає метал і від електрохімічної корозії, тому що працює як ізолятор. Цим пояснюється той факт, що деякі метали (наприклад, алюміній, хром), що мають досить низькі потенціали, володіють високою корозійною стійкістю.

Хімічна корозія в чистому вигляді спостерігається досить рідко. Прикладом її може слугувати поява окалини при гарячій обробці металів.

Атмосферна корозія (корозія на відкритому повітрі) представляє собою комбіновану хімічну і електрохімічну корозію.

Методи захисту від корозії

Сталь і чавун, які становлять головну частину всіх технічних металів і сплавів, досить сильно ржавіють, тому їх захист від корозії потребує особливої уваги.

Виробництво корозійно стійких сплавів (наприклад, високохромистої і хромонікелевої сталі) саме по собі вже є способом боротьби з корозією, причому найбільш ефективним. Нержавіючі сталі і чавуни, також як і корозійностійкі сплави кольорових металів, є найбільш цінними конструкційними матеріалами, однак використання таких сплавів не завжди доцільне через їх високу вартість або з технічних міркувань.

Способи захисту металевих виробів від корозії:

1. металеві покриття;

2. хімічні покриття;

3. катодний захист;

4. неметалеві покриття.

Металеві покриття

Захист від корозії шляхом нанесення тонкого шару металу, який володіє достатньою стійкістю в даному середовищі, дає гарні результати і є досить розповсюдженим.

Металеві покриття можуть бути нанесені:

- гарячим способом;

- гальванічним способом;

- дифузійним способом;

- термомеханічним шляхом;

- металізацією (розпиленням) тощо.

Гарячий спосіб використовується для нанесення тонкого шару легкоплавких металів: олова (лудіння), цинку (цинкування) або свинцю (свинцювання). При цьому способі очищений виріб занурюють у ванну з розплавленим металом, в результаті метал змочує виріб і відкладається на ньому тонким шаром. Лудіння в основному використовується для посуду (котлів, каструль тощо); цинкування - для побутових виробів, заліза для дахів, дротів, труб; свинцювання - для хімічної апаратури та труб.

Гальванічний спосіб полягає в нанесенні на виріб цинку, кадмію, олова, свинцю, нікелю, хрому та інших металів.

Розрізняють анодні і катодні гальванічні покриття.

Анодне покриття здійснюють металами, потенціал яких в даному електроліті нижче потенціалу металу виробу.

Катодне покриття здійснюють металами, потенціал яких в даному електроліті вище потенціалу основного металу. Катодне покриття захищає основний метал, доки воно є суцільним.

Для нанесення покриття виріб занурюють в електролітичну ванну з розчином солей того металу, який необхідно нанести у вигляді захисного шару. Виріб служить катодом, а в якості анода використовують або метал, що не розчиняється в даному електроліті, або той метал який буде осаджуватися.

Гальванічний спосіб широко використовується, бо допускає нанесення любого металу на виріб, дає можливість точно регулювати товщину шару захисного металу і не вимагає нагрівання виробу.

Гальванічні покриття наносять не лише з метою захисту від корозії, але і для:

- підвищення поверхневої твердості і стійкості проти стирання (хромування, нікелювання);

- покращення декоративного виду виробу (золотіння, нікелювання, хромування);

- підвищення їх жаростійкості (хромування);

- одержання поверхні з більшою відбитковою здатністю (нікелювання з наступним поліруванням, хромування) тощо.

Дифузійний спосіб полягає в насиченні захисним металом поверхневого шару виробу. Це насичення здійснюється шляхом дифузії при високих температурах (хіміко-термічна обробка). Цим способом здійснюється алітування (насичення алюмінієм), хромування і силіціювання (насичення кремнієм).

Термомеханічне покриття (плакування) полягає в отриманні біметалів (подвійних металів) шляхом сумісного гарячого прокатування основного і захисного металу. Зчеплення між металами здійснюється за рахунок дифузії під впливом тиску і високої температури. Цей метод є найбільш надійним способом захисту від корозії. Сталь захищають міддю, томпаком, нержавіючою сталлю, алюмінієм; дуралюмін плакують чистим алюмінієм.

Металізація здійснюється шляхом розбризкування крапель розплавленого захисного металу по поверхні виробу за допомогою спеціального апарата - пістолета. Захисний метал у вигляді дроту подається в пістолет, де розплавляється ацетиленово-кисневим полум'ям або електричною дугою і розпилюється струменем повітря. Металізація зручна для захисту великих виробів і здійснення односторонніх покрить. В якості захисних металів при металізації використовують нержавіючу сталь і кольорові метали.

Хімічні покриття

Хімічне покриття полягає в тому, що на поверхні виробу штучно створюють захисні металеві плівки, найчастіше оксидні. Процес створення оксидних плівок називають оксидуванням або воронінням (в зв'язку з тим що після обробки отримують виріб синьо-чорного кольору).

При оксидуванні сталі виріб підлягає дії окислювачів. Найбільш розповсюдженим є спосіб занурення виробів в розчини азотнокислих солей при температурі близько 140 оС. Після оксидування для збільшення корозійної стійкості вироби, як правило, покривають жировою речовиною або мінеральними маслами, які заповнюють пори окисної плівки і запобігають проникненню вологи в метал.

Для захисту від корозії також застосовують фосфатування, яке полягає в створенні на поверхні деталі плівки фосфорнокислих солей заліза і марганцю.

Катодний захист

Катодний захист використовується до виробів, які працюють в електролітах. Сутність полягає в тому, що до поверхні, яка підлягає захисту, або поблизу неї прикріплюють протектори, виготовлені з металу, що має потенціал, нижчий, ніж потенціал виробу, який треба захистити. При цьому утворюється гальванічна пара виріб - протектор, в якій анодом буде протектор, а катодом - виріб. В таких умовах протектор буде поступово руйнуватися, захищаючи тим самим виріб. Після руйнації протектора його замінюють іншим.

Неметалеві покриття

Неметалеві покриття - це покриття фарбами, емалями, лаками і мастилами.

Роль лакофарбових покрить, як засобу захисту від корозії, зводиться до ізоляції металу від зовнішнього середовища і запобіганню діяльності мікроелементів на поверхні металів. Лакофарбові покриття використовуються досить часто і становлять біля 70 % всіх випадків захисту металів від корозії. Фарби та лаки надійно захищають поверхні від корозії в атмосферних умовах. Процес виконання операції покриття досить простий. Недоліком є крихкість покриттів та обгоряння їх при високих температурах.

В якості мастил використовують різні мінеральні масла і жири. Захист мастилами здійснюється, як правило, при зберіганні і транспортуванні металевих виробів. Мастила періодично оновлюють.

3. Основи обробки тиском та з'єднання конструкційних матеріалів

Тема 3.1 Обробка тиском

Обробка металів тиском -- один з найпоширеніших, найпродуктивніших і найдешевших методів виготовлення заготовок (а іноді і деталей) різної маси та розмірів зі сталі, деформівних сплавів алюмінію, міді, титану та ін. Мета цього виду обробки -- якомога більше наблизити форму й розміри заготовки до форми й розмірів майбутньої деталі, внаслідок чого відходи металу в стружку під час подальшого виготовлення деталі різанням істотно зменшуються. Обробкою тиском отримують прутки круглого, квадратного, шестикутного та інших профілів, фасонні профілі, труби, листи, дріт, поковки, штамповані деталі тощо.

Суть обробки металів тиском

Обробка металів тиском можлива завдяки їх пластичності. Пластичністю називають здатність металу необоротно (пластично) деформуватись без руйнування під дією прикладених сил. Кількісними характеристиками пластичності є відносне видовження д, відносне звуження ш та ін.

Сили, прикладені до металевого тіла під час обробки тиском, зумовлюють у ньому пружну й пластичну деформації. Після зняття цих сил пружна деформація зникає, а пластична залишається. Завдяки останній тіло дістає задану форму та розміри.

Залежно від температури обробки й температури рекристалізації розрізняють холодне і гаряче деформування металів.

Холодне деформування відбувається при температурах, нижчих від температури рекристалізації, а гаряче деформування -- при температурах, вищих від температури рекристалізації. Холодне деформування супровод-жується видовженням зерен, збільшенням густини дефектів, що підвищує міцність та твердість металу й зменшує його пластичність (явище наклепу). Холодне деформування сприяє підвищенню точності розмірів, якості поверхні та міцності металу.

У нагрітому вище температури рекристалізації металі одночасно зі зміцненням відбувається знеміцнення (рекристалізація). Що вищі температура і ступінь деформації, то вища швидкість рекристалізації. Гаряче деформування доцільно застосовувати для обробки малопластичних і важкодеформівних сплавів, а також відливків.

На пластичність металу впливають: температура, хімічний склад і структура, швидкість деформування та напружений стан.

Температура -- найсильніший чинник, оскільки з її зміною змінюється фазовий склад, величина зерен, механізми пластичного деформування. Переважно з підвищенням температури пластичність металу збільшується, а опір деформуванню зменшується.

Хімічний склад і структура матеріалу. Найбільшу пластичність мають чисті метали, а меншу -- їх сплави. Вуглецеві сталі, що містять понад 1,5 % вуглецю, практично не обробляються тиском. Більшість легувальних елементів, за винятком нікелю й ванадію, зменшують пластичність сталей.

Прокатування (вальцювання) заготовок

Прокатуванням називають такий вид обробки металів тиском, коли заготовка силами тертя втягується у проміжок між обертальними валками, які її пластично деформують, зменшуючи площу поперечного перерізу та збільшуючи довжину. Прокатування належить до найпродуктивніших видів обробки завдяки безперервному процесу і великій швидкості руху заготовки між валками. Цим способом обробляють близько 90 % сталі та понад половину кольорових металів і їх сплавів.

Поздовжнє прокатування (рис. 3.1, а) є одним з найпоширеніших видів прокатування, під час якого заготовка (2) деформується між двома валками (1), що обертаються в різних напрямках, і рухається перпендикулярно до осей валків. Метал деформується валками, внаслідок чого зменшується висота заготовки, збільшується довжина і дещо зростає ширина.

Щоб розпочати прокатування, необхідно створити умови для втягування заготовки в міжвалковий проміжок силами тертя. Надійність захоплювання штаби (заготовки) валками залежить від коефіцієнта тертя та центрального кута б, що відповідає дузі контакту валка із заготовкою, який називається кутом захоплювання. Кут б можна зменшити, зменшуючі ступінь деформування або збільшуючі діаметр валка.

Під час гарячого прокатування гладкими валками кут б = 15...24°, а під час холодного -- б = 3...80.

Рис. 3.1. Основні види прокатування:

а - поздовжнє; б - поперечне; в - поперечно-гвинтове; 1 - валки; 2 - заготовка; 3 - прошивень на нерухомій оправці.

Сортамент прокату (вальцівок)

Прокат поділяють на чотири групи: сортовий, листовий, труби, спеціальні види.

Сортовий прокат має профілі простої геометричної форми (квадрат, круг, шестикутник, овал, прямокутник) та профілі складної форми (швелер, двотавр, рейка, кутник та ін.).

За товщиною листову сталь поділяють на тонколистову (товщиною від 0,2 до 4 мм) і груболистову (товщиною понад 4 мм). Листи товщиною менше 0,2 мм є фольгою.

Труби зі сталі бувають безшовні діаметром 10...425 мм і зварені діаметром 5...2500 мм, виготовлені з вуглецевих або низьколегованих сталей.

Спеціальний прокат -- колеса, кільця, кулі, періодично змінні профілі.

Обладнання для прокатування заготовок

Прокатування (вальцювання) металів здійснюють на прокатних станах, які мають одну або декілька робочих клітей з робочими валками.

Валки є інструментом для прокатування. Їх виготовляють з чавуну або сталі і поділяють на гладкі, калібровані та спеціальні.

Гладкі валки призначені для прокатування листів, стрічок або широких штаб. Елементами валка є робоча частина -- бочка.

Калібровані валки використовують для прокатування сортового металу. На бочці валків виточені кільцеві заглибини спеціального профілю -- рівчаки. Контур, утворений сукупністю двох рівчаків пари валків, називають калібром.

Прокатні стани бувають двовалковими, тривалковими, багатовалковими та універсальними.

За призначенням прокатні стани поділяють на обтискні, заготівельні, сортові, листові, трубопрокатні та спеціальні.

Процес волочіння

Волочіння -- спосіб обробки металів тиском, що полягає у протягуванні прокатаних або пресованих заготовок крізь отвір, поперечний переріз якого менший за поперечний переріз заготовки, а конфігурація отвору формує заданий профіль виробу.

Інструмент для волочіння -- волока -- має робочий отвір, що складається з чотирьох зон: вхідної або мастильної, деформувальної, калібрувальної та вихідної. Кут конусності деформувальної зони залежить від властивостей матеріалу та типу заготовки і становить 6...12°. Калібрувальна зона завдовжки 2...10 мм остаточно формує заданий профіль, його розміри та забезпечує високу якість обробленої поверхні.

Щоб розпочати волочіння, потрібно вставити спеціально стоншений кінець заготовки в отвір інструмента і протягнути її, приклавши певну силу. Ця сила необхідна не лише для деформування металу, але і для подолання сил тертя між інструментом та заготовкою. Внаслідок пластичного деформування заготовка поступово наближається до профілю калібрувальної зони, зменшуючи свою площу поперечного перерізу, і відповідно збільшуючи довжину заготовки. Якщо площу поперечного перерізу вихідної заготовки потрібно істотно змінити, то її протягають крізь ряд щоразу менших у діаметрі отворів.

Волоки виготовляють з інструментальних сталей, твердих сплавів, а для волочіння дуже тонкого дроту -- з технічних алмазів.

Вихідними заготовками для волочіння є грубий дріт, сортові вальцівки круглого, квадратного або шестикутного профілю, безшовні й зварені труби зі сталей, кольорових металів та їх сплавів. Оскільки волочіння відбувається майже виключно в холодному стані, то оброблюваний метал зміцнюється.

Щоб відновити втрачену пластичність, застосовують проміжний рекристалізаційний відпал.

Волочінням отримують дріт діаметром 0,002...10 мм, фасонні профілі, калібрують (підвищуючи точність розмірів і якість поверхні) прокатані прутки діаметром 3...150 мм і труби, виготовляють холодногягнуті труби, зменшуючи їх діаметр або одночасно діаметр і товщину стінки, а також змінюють профіль труби з круглого на квадратний, прямокутний, шестикутний чи фасонний.

Пресування заготовок

Пресуванням називають процес витискування металу заготовки з замкненої порожнини інструмента - контейнера через отвір матриці з площею, меншою, ніж площа поперечного перерізу заготовки. Можна отримати любий профіль зразка, який видавлюється. Для пресування використовують чорні і кольорові метали та сплави у вигляді зливків, кованих або катаних заготовок діаметром до 500 мм і більше та довжиною до 1200 мм. Чорні метали і сплави пресують в гарячому стані, кольорові - як в гарячому, так і в холодному стані. Під час пресування метал сприймає всебічне стискання і тому стає пластичнішим.

Пресування виконують двома способами - прямим і зворотнім. При прямому методі пресування розігриту заготовку кладуть в порожнину контейнера. Тиск преса передається на заготовку пуансоном, на кінці якого закріплена прес-шайба. При цьому метал змушений видавлюватися через отвір матриці.

При виготовленні порожнистих заготовок до прес-шайби прикріплюється голка. В заготовці, яка кладеться в контейнер, попередньо прошитий отвір. Під час робочого руху прес-шайби метал заготовки витісняється в порожнину між матрицею і голкою, утворюючи трубу.

При зворотному методі пресування контейнер закритий з одного кінця упорною шайбою, а тиск преса передається через пустотілий пуансон з закріпленою на ньому матрицею на заготовку, метал якої тече назустріч руху матриці з пуансоном.

Пресуванням отримують прутки діаметром 3-250 мм, труби діаметром до 800 мм з товщиною стінки від 1,5 мм і більше, а також вироби з металопластичних, важкодеформованих сталей та сплавів, які неможливо отримати іншими способами обробки тиском. Процес пресування високопродуктивний і в багатьох випадках конкурує з прокатуванням. Пресування виконують на вертикальних і горизонтальних механізованих або автоматизованих гідравлічних пресах зусиллям до 250 МН (25 000 т).

...