Основные способы обработки металлов материаловедение

Обработка металла: 5 основных методов

Некоторые сравнительно простые методы обработки металла люди применяли еще в древности. Именно металл и всё новые методы его обработки стали залогом технического прогресса. Сейчас нам известно столь много различных методов, что в них очень легко запутаться. Давайте попробуем кратко и понятно разложить всё по полочкам.

К основным методам металлообработки можно отнести:

1. Литье;
2. Термическая обработка;
3. Обработка давлением;
4. Сварка;
5. Электрическая обработка.

Процесс металлообработки для каждого метода уникален. Более того, каждый метод имеет свои вариации.

Описание методов обработки металла

Литье

Этот процесс обработки металла известен человечеству уже много веков. Его суть заключается в нагреве металла до жидкого состояния с последующим разливом в заданные литейные формы. Затем металл остывает и твердеет. Получается так называемая отливка, которая точно повторяет очертания заливочной формы.
С развитием металлургии процесс литья постоянно совершенствовался. Теперь различают несколько видов литья, в том числе и литье с дополнительным применением давления. Новейшие методы литья позволяют получать отливки очень маленьких размеров с небывалой точностью размеров.

Термическая обработка

Этот метод направлен на изменение внутренней структуры металла, что достигается путем нагрева металла с последующим выдерживанием и охлаждением. Для придания металлу нужных свойств параметры термической обработки могут быть различные. Температура нагрева, выдержка металла в нагретом состоянии и скорость охлаждения – все эти параметры влияют на конечные свойства металла.

Различают 3 вида термической обработки:

1. Термообработка – бывает трех основных видов: отжиг, закалка и отпуск;
2. Химико-термическая обработка металла – применяется для насыщения поверхности металла другими элементами (например, углеродом). При этом методе наблюдаются самые высокие температуры нагрева металлов и значительные периоды выдержки для придания сплаву однородности;
3. Термомеханическая обработка – этот метод позволяет добиться лучших механических свойств металла, чем классическая термообработка.

Обработка давлением

Один из видов обработки металла давлением (ковка) получил широкое применение еще несколько тысячелетий назад. С тех пор технология совершила несколько серьезных скачков вперед, и теперь на производстве применяются и другие технологичные методы обработки металла давлением.

Суть этого метода проста — придать заготовке необходимую форму и размер под действием физической силы (давления). Для достижения этих целей применяют различные станки для обработки металла, каждый из которых соответствует конкретному методу.

Всего различают 7 методов:

1. Ковка – участки заготовки нагреваются и подвергаются механической деформации;
2. Штамповка – форма и размер заготовки изменяются под давлением специального штампа;
3. Листовая штамповка – обработка листового металла;
4. Прокатка;
5. Волочение;
6. Прессование;
7. Комбинации первых 6-ти.

Сварка

Существует несколько методов сварки, но всех их можно условно разделить на 2 большие группы:
Сварка при помощи плавления металла – в месте сваривания соединяемые детали нагреваются до температуры плавления металлов. Жидкие фазы металлов перемешиваются, образуя сварной шов. Такое соединение после остывания имеет высокую прочность;
Сварка пластическим деформированием – при этом методе детали сдавливаются, образуя сварной шов. Иногда детали предварительно местно нагревают.
В качестве источника нагрева применяют газ, электрический ток и другие источники.

Электрическая обработка

Электрическая обработка металла осуществляется при помощи электрического тока. Два наиболее распространенных метода – это:

Электроискровая обработка – создается искусственный разряд, который воздействует на металл. В результате это воздействия происходит местное повышение температуры металла до 8-10 тыс. градусов по Цельсию;

Электрохимическая обработка – этот способ позволяет придать поверхности металла блестящую форму.

Данные методы подходят для обработки самых твердых сплавов.

Помимо этих основных методов обработки металла часто применяют также резание металлов и ультразвуковую обработку. Выбор конкретного метода зависит от свойств, которые необходимо придать металлу, размеров заготовки или конечного изделия, а также многих других факторов.

Источник

ЛЕКЦИЯ № 8. Способы обработки металлов

ЛЕКЦИЯ № 8. Способы обработки металлов

1. Влияние легирующих компонентов на превращения, структуру, свойства сталей

Легирующие компоненты или элементы, вводимые в стали в зависимости от их взаимодействия с углеродом, находящемся в железоуглеродистых сплавах, подразделяют на карбидо—образующие и некарбидообразующие. К первым относятся все элементы, расположенные в периодической системе элементов левее железа, – марганец, хром, молибден и т. д. Правее железа располагаются элементы, не образующие карбидов, – кобальт, никель и т. д.

Первые, как и вторые, легирующие элементы растворяются в ?– или ? —железе, однако содержание карбидообразую—щих элементов в этих фазах железа меньше, чем вводимое в сталь, так как определенное их количество связывается с углеродом. При этом растворение легирующих элементов в ?– и ? —фазах ведет к изменению периода кристаллической решетки. Элементы с большим атомным радиусом увеличивают его (W, Mo и др.), а с меньшим (Si) – уменьшают.

При близости атомных размеров (Mn, Ni, Cr) периоды кристаллической решетки изменяются слабо. Как показывают исследования, прочность феррита изменяется пропорционально периоду его решетки. Карбиды в легированных сталях являются твердыми растворами на основе того или иного соединения: Fe 3 C, Fe 3 Mo 3 C, Fe 3 W 3 C и т. д.

В легированных сталях выделяются две группы карбидов: группа I – M 3 C, M 23 C 6, M 7 C 3 и M 6 C и группа II – MC, M 2 C (M – легирующий компонент – элемент). Карбиды I группы имеют сложную кристаллическую решетку и при соответствующем нагреве достаточно хорошо растворимы в аустени—те. Карбиды II группы имеют простую кристаллическую решетку, но растворяются в аустените лишь частично и при очень высокой температуре.

Некарбидообразующие элементы (легированные) содержатся в легированных сталях в виде твердого раствора в феррите. Карбидообразующие легированные элементы могут находиться в различных структурных состояниях: они могут быть растворены в феррите или цементите (FeCr) 3 C или существовать в виде самостоятельных структурных составляющих – специальных карбидов: WC, MoC и др. Местоположение карбидообразующих элементов в структуре стали зависит от количества введенных легирующих элементов и содержания углерода. Легирующие элементы, растворенные в феррите, искажают его кристаллическую решетку; уменьшают теплопроводность и электропроводность стали. Карбиды легирующих элементов отличаются весьма высокой твердостью (70–75 HRC) и износостойкостью, но обладают значительной хрупкостью. Они играют очень важную роль в производстве инструментальных сталей.

Как показали исследования, конкретному сечению стали должно соответствовать определенное количество легирующих элементов, иначе ухудшаются такие ее технологические свойства, как обработка резанием, свариваемость и др. Например, если содержание хрома или марганца превышает 1 %, увеличивается порог хладноломкости стали (порог хладноломкости, или критическая температура хрупкости, – это температура перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому, и наоборот).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

ТРУДНОСТИ ОБРАБОТКИ

ТРУДНОСТИ ОБРАБОТКИ Принято считать, что титан поддается механической обработке подобно нержавеющей стали. Это значит, что обрабатывать титан в 4—5 раз труднее, чем обычную сталь, но это все же не составляет неразрешимой проблемы. Основные помехи при обработке титана

Техники декоративной обработки металлов

Техники декоративной обработки металлов В этой части книги представлены основные техники декоративной обработки металлов. В древности многие кузнецы владели богатым набором методов и создавали замечательные произведения искусства, достойные царского двора. Поэтому

Приспособления для обработки древесины

Приспособления для обработки древесины В качестве приспособлений достаточно часто используют стусло и шаблоны. Они намного облегчают работу и уменьшают время, затраченное при выполнении той или иной операции.Стусло представляет собой подобие желоба, состоящего из

ЛЕКЦИЯ № 6. Механические свойства металлов

ЛЕКЦИЯ № 6. Механические свойства металлов 1. Деформация и разрушение Приложение нагрузки вызывает деформацию. В начальный момент нагружение, если оно не сопровождается фазовыми (структурными) изменениями, вызывает только упругую (обратимую) деформацию. По достижении

3. Способы упрочнения металлов и сплавов

3. Способы упрочнения металлов и сплавов Поверхностное упрочнение металлов и сплавов широко применяется во многих отраслях промышленности, в частности в современном машиностроении. Оно позволяет получить высокую твердость и износостойкость поверхностного слоя при

ЛЕКЦИЯ № 11. Сплавы цветных металлов

ЛЕКЦИЯ № 11. Сплавы цветных металлов 1. Цветные металлы и сплавы, их свойства и назначение Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы и их сплавы

14.1.2. Методы обработки материалов

14.1.2. Методы обработки материалов Читатель наверняка знаком с общим делением технологических процессов на нисходящие (сверху вниз) и восходящие (снизу вверх), поэтому мы не будем давать лишних пояснений. В последние десятилетия нисходящие технологии непрерывно

Химические материалы для художественной обработки металлов

Химические материалы для художественной обработки металлов Общие сведения о кислотах. В художественной обработке металлов химические вещества (кислоты, основания, соли, реактивы и др.) являются вспомогательными материалами, без которых невозможны основные

7. Устройства обработки видеосигналов

7. Устройства обработки видеосигналов Простая концепция «камера-монитор» используется только в небольших системах видеонаблюдения.В более крупных системах сигнал до воспроизведения на видеомониторе проходит через видеокоммутатор или другое оборудование,

7.3. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

7.3. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ 7.3.1. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА Электрическая эрозия, т.е. разрушение контактов под действием электрических разрядов известна была давно. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению разрушения

34. Изменение микроструктуры и механических свойств металлов при нагреве после горячей и холодной обработки давлением

34. Изменение микроструктуры и механических свойств металлов при нагреве после горячей и холодной обработки давлением Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на

Источник

Виды обработки металла

Сталь, чугун, медь, алюминий — каждый материал нуждается в отдельном подходе.

При выборе способа работы с металлическими конструкциями необходимо опираться на физические и химические свойства сталей, а именно:

• температура плавления и закалки — для термообработки;
• твердость и прочность — для резания и точения.

Второй признак классификации происходит в зависимости от того, какая стоит цель перед специалистом. Задачи могут быть многочисленными — распиловка, то есть отделение одного фрагмента от целого, шлифовка, создание фигурной поверхности, штамповка и пр.

Основные способы и методы обработки металлов и сплавов

В зависимости от намерений, могут применяться разнообразные технологии, использоваться то или иное оборудование. Перечислим основные подходы к металлообработке:

• механический — это оказание физического давления прессом или острием инструмента;
• термический — производится посредством поднятия высокой температуры, применяется для изменения формы или придания дополнительных физических характеристик;
• художественный — к нему, в первую очередь, относится ковка — придание необходимой конфигурации изделию с целью достижения эстетического эффекта;
• сварочный — это соединение двух и более элементов посредством электродуговой или инверторной сварки;
• электрический, в том числе прокалка, то есть пропуск через металл разряда;
• токарный — придание нужной формы (рис. 2);
• литье — это отлив из расплавленного материала требуемой детали.

Теперь перейдем к описанию наиболее часто применяемых видов металлообработки.

Фрезерные работы

Фрезеровщики могут на своей аппаратуре производить сразу несколько операций — и наружная обработка, придание формы, и создание отверстий, полостей, поскольку фреза передвигается в нескольких направлениях (рис. 1, 3, 4). Помимо этого, можно наносить фаски, делать резьбу, канавки.

Рисунок 1 — Фрезерование детали

Многообразие процедур и задач настолько высоко, что фрезерный станок один из самых востребованных. Его устанавливают как на производствах, так и в частных мастерских. Отдельно стоит упомянуть оборудование, оснащенное ЧПУ (рис. 5, 6), так как автоматизация позволяет делать высокоточные операции с деталями фактически любой формы.

Рисунок 2 – Обработка заготовки на токарном станке.

Зубонарезные работы

Это процесс обработки металла, входе которого создаются зубчатые колеса, а также другие детали, имеющие зубья. Особенность заключается в том, что требуется сохранять на протяжении всего рабочего участка одинаковый шаг, а также глубину резьбы. Есть специализированные зубофрезерные и зубодолбежные инструменты, которые базируются на копировальном методе, то есть впадины прорезываются обычным фрезерным способом с единичным делением.

Рисунок 3 – Фрезерование детали.

На крупном оборудовании есть специальные червячные резцы, которые расположены так, что они при одном проходе позволяют создать кромки на одинаковом расстоянии. Затем все зубцы шлифуются специализированными дисками, которые отличаются наличием основного количества абразивных веществ на торцах.

Токарные работы

Обработка металла точением — это снятие верхнего слоя с вращающейся стальной заготовки посредством различного режущего инструмента. Основные изделия, с которыми можно работать на таком станке имеют цилиндрическую или конусообразную форму. Помимо срезания стружки, можно производить следующие процедуры:

• торцевание;
• снятие фасок;
• отрезание;
• обработка галтелей;
• прорезание канавок.

Важный нюанс при произведении операции — это стружкоотведение. Оно бывает автоматическим на станках с ЧПУ, но чаще производится вручную специалистом.

Рисунок 4 – Фрезерование плоской поверхности.

Сваривание металлических элементов в одну конструкцию — это наиболее часто используемый на данный момент способ достижения прочного соединения. Он заключается в точечном нагреве рабочей зоны с последующим расплавлением материала. Расплавленная сталь вступает во взаимодействие, образуя при застывании крепкую связь.

• электродуговые аппараты с электродами;
• полуавтоматы с присадочной проволокой.

В первом случае проводник покрыт специальным неплавким составом, который одновременно поддерживает сварную ванну и способствует правильному наложению шва без влияния кислорода. Во втором случае присадка является дополнительным материалом, который при расплавлении скрепляет заготовки.

Сварщик должен обладать опытом и достаточным объемом знаний, чтобы правильно выбрать электрод, силу тока, скорость движения.

Рисунок 5 – Фрезерование на станке с ЧПУ.

Ручная дуговая сварка

Дополнительные названия — MMA, РД, РДС. Метод придуман еще в 19 веке, но активно используется до настоящего времени с небольшими модификациями. Между проводником и поверхностью стали образуется электродуга с помощью ударов или «чирканья» по детали. В образованной сварной ванне одновременно плавится и заготовка, и электрод.

Способ используется в домашних условиях. Затруднения возникают, когда нужно создать потолочное или вертикальное соединение. Специалисты в таких случаях советуют ускорять процесс работы, чтобы сила тяготения не помешала отличному результату.

Сварка под флюсом

При воздействии на область сваривания воздуха происходит окисление. Это естественный процесс, но он мешает образованию прочного соединения. В электродуговых аппаратах применяют электроды со специальной обсыпкой. Помимо этого, активно применяется технология с подачей инертного газа. Но максимальное качество можно получить только при применении флюса. Это гранулированный порошок, который при нагревании плавится и служит защитой для процессов, происходящих под образованной пленкой. Затем вещество остается в виде шлака, который легко снимается со шва привычным способом, шлифовкой.

Рисунок 6 — Обработка детали на станке.

Электрическая обработка изделий из металла

Основная технология выглядит так: на участок подается точечный разряд, который приводит к оплавлению стали. Используемый электрод обычно сделан из латуни, а пространство между ним и поверхностью заполняют маслом, которое имеет отличные проводящие способности. Активно применяется эта методика для работы с металлическими тонкими листами, а также для заточки инструментов.

Подвидом электрообработки можно считать ультразвуковой метод. Волны с высокой частотой по аналогичному принципу разрушают молекулярные соединения, что приводит к образованию отверстий.

Высокая точность позволяет пользоваться технологией для изготовления ювелирных изделий.

Рисунок 7 – Обработка детали на токарном станке.

Рисунок 8 – Фреза.

Способы механической обработки

Несмотря на разнообразие процессов, их суть одинаковая. Берется заготовка с припуском, то есть с «лишними» миллиметрами или сантиметрами. Затем на нее оказывается воздействие посредством более твердого и острого инструмента. Остальные нюансы зависят от подвида — наличие вращения, подача и пр. К ним относят:

• Точение на токарном оборудовании.
• Сверление — образование сквозных или глухих отверстий нужного диаметра.
• Нарезание внутренней и внешней резьбы. Вручную это можно сделать с помощью метчика и плашки.
• Фрезерование.
• Строгание — процедура не отличается от классического типа деревообработки, когда резец проходит несколько подходов по поверхности. снимая стружку.
• Шлифование — важный финишный процесс, придание нужного уровня шероховатости и доведение до идеальных размеров.

После перечисленных способов не остается никакого припуска.

Рисунок 9 — Инструменты для обработки металла резанием.

Основы металлообработки давлением

При данных методах целостность стали не нарушается, но меняется форма. В большинстве случаев необходимо термическое воздействие, чтобы уменьшить прочность и твердость детали.

• Ковка. Проводится вручную, поэтому очень ресурсозатратна. Однако результат получается индивидуальный, а поэтому дорогостоящий. Нагретый металлический прут специалист отбивает молотком до нужной конфигурации. В современных условиях используется пресс.
• Штамповка. Часто применяется к тонколистовому металлу. Есть матрица и пуансон. Они имеют зеркальное отражение, но одинаковую форму. Помещенный между ними лист сгибается, приобретая нужные очертания.

Рисунок 10 – Фрезерование.

Как обрабатывают металлы с помощью резания?

Это простая процедура, имеющая целью разъединения одной детали на две и более. Для этого используются специальные лезвия из крепкой инструментальной стали.

Подвиды обработки металла:

Химическое воздействие

Ряд химикатов может повысить прочностные, антикоррозийные характеристики заготовки. В основном управляемые реакции необходимы или для снятия загрязнений перед другим видом металлообработки, или для нанесения дополнительного покрытия, например, цинкование.

Время и температура

При данном способе важно поддерживать нужный температурный режим и определенный временной промежуток, иначе, передержав или перегрев сталь при работе, можно столкнуться с необратимыми деформациями.

Термообработка

Обработчик металла применяет ряд операций при повышенном термическом воздействии с целью изменить физические и химические качества продукции.

Отжиг. Суть — повышение t до предела пластичности и постепенное остывание вместе с печью.

Результат — увеличенная ковкость, снятие внутренних напряжений, сниженная прочность.

Рисунок 11 – Резец токарного станка.

Закалка. Нагрев, продолжительное выжидание при высокой температуре, быстрое охлаждение вводе или масле. Итог — увеличивается прочность и стойкость к сжатиям и растяжением, но также повышается хрупкость.

Отпуск. Вторичное нагревание после закаливания, чтобы компенсировать полученное негативное воздействие.

Старение. Медленное и продолжительное изменение температурного режима, которое приводит к естественным превращениям, происходящим при длительной эксплуатации металлической конструкции.

Нормализация. Процедура аналогична отжигу, но остывание происходит на открытом воздухе. Меняется зернистость структуры, приводит к повышению ковкости.

Источник