Сущность литейного производства

Литейное производство – способ получения заготовки путём заливки жидкого металла в формы, которые изготавливают в опоках. Опока – металлический ящик без дна. Для изготовления форм используют также подмодельные плиты, стержни, модели.

Моделями называют приспособления, воспроизводящие наружные очертания отливок. Размеры моделей больше размеров отливок на величину литейной усадки: для серого чугуна – 1%, стали и белого чугуна – 2%, бронзы и латуни – 0,8-1,3%. Внутренние полости в отливках выполняют при помощи стержней.

2. Формовочные и стержневые смеси

Для изготовления форм используют формовочные смеси, которые должны обладать:

а) газопроницаемостью;

б) прочностью;

в) пластичностью;

г) непригораемостью;

д) лёгкой выбиваемостью.

Формовочная смесь состоит в основном из песка и глины, увлажненных водой.

Формовочные смеси разделяются на:

а) облицовочные;

б) наполнительные;

г) единые.

Стержни во время заливки металла находятся в наиболее тяжёлых условиях, т.к. окружены жидким металлом, поэтому материал стержня должен обладать более высокими свойствами по сравнению с формовочной смесью.

Стержневые смеси состоят из кварцевого песка и глины. Иногда в них добавляют жидкое стекло, цемент, смолы и др. Стержни изготавливают отдельно от формы и при сборке вставляют в готовую форму. Для повышения прочности стержней в них вставляют каркасы из проволоки. Изготовленные сырые стержни для повышения прочности сушат при Т= 160-300°С.

3. Литниковая система

Это система каналов, которая служит для подвода жидкого металла в форму и обеспечивает получение качественной отливки. Она состоит из литниковой чаши, стояка, шлакоуловителя, питателя и выпара.

Литниковая чаша служит для смягчения удара струи жидкого металла из ковша и для задержания шлака.

Стояк – вертикальный конический канал, по которому металл попадает в шлакоуловитель. Шлакоуловитель имеет сечение трапеции, находится в верхней половине формы и служит для задержания шлака.

Питатели имеют сечение трапеции или прямоугольника, располагаются в нижней половине формы и служат для подвода металла в форму.

Выпоры – вертикальные каналы располагаются над верхними точками отливок, служат для удаления из формы воздуха, газа, шлаков и для контроля конца заливки формы.

Площадь сечения питателя должна быть меньше площади шлакоуловителя; площадь шлакоуловителя должна быть меньше площади стояка, т.е.

∑Fпит : Fшл : Fст = 1 : 1,1 : 1,15.

4. Изготовление отливок в разовых формах

4.1. Ручная и машинная формовка в опоках

Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Широко применяется формовка в опоках по разъёмным моделям. Процесс формовки начинается с установки нижней половины модели и нижней опоки на подмодельную плиту. Поверхность модели смачивают смесью керосина с мазутом. На модель просеивают облицовочную смесь, уплотняют её, насыпают наполнительную смесь и трамбуют её. Излишек смеси сгребают линейкой и душником прокалывают каналы, которые не доходят до модели на 10-15 мм. Затем полуформу вместе с подмодельной плитой поворачивают на 180°, устанавливают вторую половину модели, верхнюю опоку, элементы литниковой системы, насыпают смесь, трамбуют её, излишек сгребают и делают наколы душником. Форму раскрывают, все модели извлекают из формы, форму осматривают, присыпают порошкообразным графитом, устанавливают стержни и собирают форму под заливку. Опоки центрируют штырями, скрепляют их или устанавливают груз. Форма готова к заливке.

При крупносерийном и массовом производстве применяется машинная формовка, обеспечивающая высокую производительность, высокое качество, облегчение труда и т.д.

При машинной формовке механизированы в основном две операции:

а) уплотнение формовочной смеси с помощью прессовых и встряхивающих машин;

б) извлечение моделей из формы.

4.2. Плавка стали и заливка форм

Для плавки стали применяют электродуговые и индукционные печи, малые бессемеровские конверторы. Жидкий металл заливается в ковш, который имеет стальной кожух, а изнутри выложен огнеупорным материалом. Перед заливкой металла ковш нагревается до 500-750°С и сразу же заполняют жидким металлом. При заливке формы литейщик строго следит за движением металла из ковша в форму. Уровень металла в литниковой чаше должен быть постоянным, струя металла – непрерывной. Контроль окончания заливки ведут по появлению металла в выпоре.

4.3. Литейные сплавы и их свойства

Для получения фасонных отливок широко применяют углеродистые стали с содержанием углерода до 0,45% и легированные стали. Если сталь литейная, то в конце маркировки ставится буква Л. Широко применяют:

а) конструкционные стали 25Л, 30Л, 35Л, 30ХГСЛ;

б) марганцевые литейные стали, содержащие 2-20% марганца;

Химический состав стали 110Г13Л согласно ГОСТ 977-88:

C углерод 0,9-1,5%;

Si кремний 0,3-1,00%;

Mn марганец 11,5-15%;

Ni никель не более 1%;

Cr хром не более 1%;

S сера не более 0,05%;

P фосфор не более 0,12%.

в) нержавеющие хромистые литейные стали с содержанием хрома до 30%: 12Х3Л, 12Х17Н2А. они хорошо противостоят истиранию, имеют высокую прочность, коррозионную стойкость и др.;

г) нержавеющие хромо-никелевые литейные стали типа 12Х18Н9ТЛ, 0,8Х24Н2СЛ обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, износостойкостью. Широко применяется для деталей паровых и газовых турбин.

5. Изготовление отливок в многократных формах

5.1. Литьё в металлические формы

В авиационной технике широко применяют прогрессивные специальные способы литья, обеспечивающие получение отливок высокого качества, точности и чистоты поверхности с высоким коэффициентом использования материала (КИМ). Это литьё в металлические формы – кокили.

Кокили изготавливают из чугуна, стали и других сплавов разъёмными с горизонтальной, вертикальной и сложной поверхностью разъёма. Рабочую поверхность формы покрывают специальной краской, увеличивающей долговечность кокиля и улучшающей заполняемость его металлом. Внутренние полости отливок получают с помощью металлических и песчаных стержней. Жидкий металл в кокиль подводят сверху, снизу, сбоку. Перед заливкой кокиль подогревают до t=200-400ºC. Технологический процесс литья включает в себя следующие операции:

1. Подготовка и сборка формы;

2. Заливка формы жидким металлом;

3. Извлечение отливки из формы;

4. Обрубка и очистка отливок.

Этот способ литья применяется для отливок из алюминиевых, магниевых сплавов и чугуна.

5.2. Литьё по выплавляемым моделям

Сущность литья по выплавляемым моделям состоит в том, что модель изготавливают из материала, который можно легко выплавить из формы без её разрушения и получить неразъёмную форму. Этот метод применяют для получения отливок сложной формы с толщиной стенки до 0,5 мм в основном из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов.

Модели изготавливают в специальных прессформах из парафина, стеарина, воска и других составов с температурой плавления 60-100ºС используемых многократно. Модельные составы готовят, подогревают, в пастообразном состоянии запрессовывают в прессформу, получают модели отливок и элементы литниковой системы. Затем модели отливок припаивают к моделям литниковой системы и получают блоки (ёлки). Для изготовления оболочек форм применяют жидкие смеси, состоящие кварцевого песка, пылевидного кварца, раствора этилсиликата, 15% водного раствора едкой щёлочи. На модельный блок смесь наносится окунанием или обливанием.

Модельный блок 2-3 раза погружается в огнеупорную смесь, обсыпается песком и сушится. Затем модельный состав выплавляют из формы нагревом в печах, горячей воде или паром. Полученные оболочки засыпают песком в опоках, прокаливают в печах при температуре 850-900ºС, выгружают из печи и сразу же заливают жидким металлом. После затвердевания металла форма разрушается.

5.3. Литьё под давлением

Сущность литья под давлением состоит в том, что расплавленный металл подаётся в металлическую прессформу и затвердевает под избыточным давлением. Процесс литья начинается с подогрева прессформы, заливочного стакана и прессующего поршня. Затем прессформу смазывают и закрывают, ковшом заливают жидкий металл в прессовый стакан, включают механизм запрессовки и поршень вытесняет его в форму. Металл затвердевает, прессформа раскрывается и выталкивается готовая отливка. Литьё под давлением выполняют в машинах с горячей и холодной камерой прессования.

Машины имеют горизонтальную или вертикальную камеры прессования с усилием 300 кгс/см².

Достоинствами 3-х методов – высокие механические свойства отливок, точность, чистота поверхности, высокая производительность, хорошие условия труда.

Тема 1.2. Обработка металлов давлением

1. Пластическая деформация металлов

Обработка давлением основана на пластичности металлов. Пластичность – это способность изменять форму без разрушения под действием приложенных сил. Давлением перерабатывается более 80% сталей и большинство цветных сплавов. Обработка давлением – это прогрессивный метод, обеспечивающий высокое качество и высокий коэффициент использования металла КИМ.

Пластическое течение, т.е. изменение формы металлического тела, называется пластической деформацией. Это сложный физико-механический процесс, сопровождаемый изменением формы, структуры и свойств металла заготовки. При пластическом деформировании поликристаллических сплавов их зёрна дробятся, перемещаются, поворачиваются, вытягиваются, но объём металла остаётся неизменным. При холодном деформировании в металле постепенно нарастает количество поверхностей сдвига, увеличивается число упругих искажений и металл упрочняется. Это явление называется наклёпом. При определённом наклёпе пластическая деформация прекращается и металл хрупко разрушается. наклёп устраняют рекристаллизационным обжигом при 600-700ºС, при этом восстанавливается зернистость структуры и пластичность.

2. Нагрев металла и нагревательные устройства

При обработке давлением заготовки нагревают в пламенных и электрических печах. Все печи разделяют на камерные и методические.

Рабочее пространство камерной печи имеет прямоугольную форму с постоянной температурой по всему объёму. Такие печи применяют для нагрева малоуглеродистых пластичных сталей.

У методических печей рабочее пространство удлинённой формы. Заготовки в них при нагреве движутся и постепенно поступают в зону высокой температуры, т.е. происходит постепенный методический нагрев. Такие печи применяют для нагрева заготовок из легированных сталей.

В пламенных печах топливом служит газ или мазут. При многократном нагреве происходит угар металла до 5 %. Для снижения угара применяют безокислительный нагрев (при неполном сжигании топлива). При нагреве в электропечах угар не превышает 1%. В производстве применяют индукционный и контактный электронагрев.

Температура нагрева различных сталей (ºС):

– конструкционные углеродистые – 1300-1200;

– инструментальные – 1180-1150;

– высоколегированные – 1220-1100.

Температура конца обработки давлением – 800-950ºС.

3. Прокатное производство

Прокатка является наиболее массовым видом ОМД. Процесс прокатки заключается в том, что нагретая заготовка пропускается между вращающимися в разные стороны валками прокатного стана. Заготовка прокатывается, уменьшается по толщине и сильно увеличивается в длину. Зазор между валками устанавливается меньше толщины исходной заготовки. Изделия, получаемые прокаткой называются прокатом. Процесс проката делится на 2 этапа:

– на первом этапе горячие слитки прокатывают на блюмингах и слябингах в полупродукты (передельную заготовку): блюмы – квадраты со стороной 300-150 мм; слябы – плоские заготовки толщиной 100-150 мм.;

– на втором этапе на специализированных прокатных станах полупродукт прокатывают в готовую продукцию: сортовой прокат, лист, трубы.

Валки прокатного стана имеют форму гладких цилиндров или цилиндров с ручьями, т.е. канавками различной формы. При совмещении ручьёв двух валков образуется калибр. При пропуске заготовки последовательно через ряд калибров её сечение приобретает профиль изделия. Последний калибр валков соответствует окончательному профилю изделия.

На станах с гладкими валками прокатывают листы, полосы, пластины, а на валках с ручьями – сортовой прокат: рельсы, швеллеры, двутавры, угольники, шестигранник, круг и т.д.

Прокатка бывает горячая и холодная. Холодную прокатку применяют для полос и листов толщиной менее 4 мм.

Перечень выпускаемого проката с указанием профилей размеров и качества материалов называется сортаментом. Сортамент стального проката делится на 5 групп:

4. Свободная ковка

Свободной ковкой называют процесс последовательного деформирования отдельных частей исходной заготовки на плоских бойках. При свободной ковке горячий металл свободно течёт в стороны под действием ударов гладкого бойка молота или под нажимом бойка пресса. Изделия, получаемые свободной ковкой называются поковками. Свободной ковкой изготавливают единичные поковки и небольшие партии поковок, которые делятся на:

а) малые средние поковки весом до 500 кг (вагонные оси, шатуны, коленчатые валы);

б) тяжелые поковки весом до 550 тонн (валы гидрогенераторов, валы турбин, прокатные валки);

в) пустотелые поковки (кольца, трубы барабанов, сосуды).

Различают ручную и машинную ковку. На заводах применяется машинная ковка, при которой заготовку кладут на нижний неподвижный боёк и деформируют её верхним подвижным бойком или с помощью подкладного инструмента (раскаток, обжимок, топоров и т.п.) Технологический процесс изготовления поковок состоит из основных и вспомогательных операций. Основные операции ковки:

а) осадка – увеличение площади поперечного сечения заготовки за счёт уменьшения её высоты. Осадку выполняют ударами бойка молота по торцу заготовки (шестерни, фланца, крышки). Осадку части заготовки называют высадкой (головки болтов);

б) вытяжка – увеличение длины заготовки за счёт уменьшения площади поперечного сечения. Применяют для удлинения поковок.

в) прошивка – получение отверстий в заготовке с помощью инструмента, называемого прошивкой.

г) рубка – разделение заготовки на части с помощью кузнечных топоров. Сначала заготовку подрубают, затем переворачивают на 180º и отсекают надрубленную часть.

д) гибка – выполняется в подкладных штампах фигурными бойками. или зажав заготовку между бойками. изгибают ударными приспособлениями.

е) закручивание – когда одну часть поковки зажимают между бойками, а другую закручивают с помощью приспособления.

ж) раскатка – увеличение диаметра кольцевой заготовки за счёт уменьшения толщины её стенок. Её осуществляют обжатием кольца на оправе при непрерывном её поворачивании.

5. Молоты

Молоты – кузнечные машины ударного действия. Молот, необходимый для ковки выбирают по весу падающих частей. Мелкие поковки куют на пневматических молотах, средние – на паровоздушных, тяжёлые – на гидропрессах Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или сжатым воздухом под давлением 7-9 атм. (вес, падающих частей до 6 т). Недостаток молотов – сильное сотрясение зданий и грунта. Тяжелые поковки изготавливают на гидропрессах, состоящих из пресса и гидропривода. Рабочие цилиндры пресса (1-3 шт.) развивают силу до 70000 т. Например, на прессе 30000 т. можно отковать поковку в 250 т. Гидропрессы работают без ударов и сотрясений. Их рабочие усилия не передаются на фундамент, а воспринимаются колоннами.

6. Волочение

Волочение металлов производится протягиванием длинных заготовок через отверстие в инструменте, сечение которого меньше сечения исходной заготовки. Инструмент называется волокой. Волочение производят в холодном состоянии. Получаемые изделия (трубы, прутки, проволока) характеризуются высокой чистотой поверхности и точностью размеров. При этом повышается прочность и твёрдость металла.

7. Прессование

Прессование – процесс выдавливания металла заготовки из замкнутой полости инструмента-контейнера через отверстие матрицы с площадью меньшей площади поперечного сечения заготовки. При этом можно получать самые разнообразные профили выдавливаемых изделий. Прессуются как чёрные, так и цветные сплавы прямым и обратным методами в холодном и горячем состоянии на вертикальных и горизонтальных гидропрессах с усилием до 25 тыс. тонн.

8. Штамповка

8.1. Горячая объёмная штамповка

Это метод формообразования поковок в специальных инструментах – штампах, имеющих рабочие полости называемые ручьями. Ручьи допускают течение деформируемого металла только в определённом направлении по ручью и до определённых пределов – до заполнения ручья. Так обеспечивается принудительное получение поковок заданной формы и размеров. Метод штамповки обеспечивает высокую точность и качество поковок, высокий КИМ (коэффициент использования металла), высокую производительность при сравнительно невысокой стоимости.

8.2. Инструменты и оборудование при штамповке

Инструментами являются штампы: открытые и закрытые. Открытыми называются штампы, у которых вдоль всего внешнего контура окончательного ручья выполнена специальная облойная канавка. При штамповке в эту канавку (узкую щель) вытекает часть металла заготовки, образуя по контуру поковки облой, который затем обрезается.

Штампы, в которых металл деформируется в замкнутом пространстве, т.е. без облойных канавок называют закрытыми, а штамповку в них – безоблойной. Это более рациональный и экономичный метод. Нагрев при нём должен быть безокислительным для снижения угара.

Штампы различают одно- и многоручьевые, при этом различают ручьи предварительные и окончательные. Штамповку осуществляют на кривошипных прессах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), гидравлических прессах, высокоскоростных молотах.

8.3. Методы горячей штамповки

а) Для горячей штамповки применяют кривошипные, гидравлические и другие прессы, на которых получают заготовки разнообразной формы и размеров: шатуны, шестерни, диски, фланцы и другие. Штамповка производится в основном осаживанием, расплющиванием, выдавливанием с образованием облоя и без него.

б) Штамповку на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) применяют для получения поковок в виде стержней с головками, сквозными и глухими отверстиями, боковыми выступами, фланцами и т.п. ГКМ представляет собой горизонтальный кривошипный пресс с вертикальным разъёмом штампов и горизонтально движущимся ползуном. Достоинствами процесса являются:

– высокое качество штамповки;

– отсутствие облоя и штамповочных уклонов;

– высокий КИМ;

– автоматизация процесса.

в) Горячее гидродинамическое выдавливание (ГГДВ) – перспективный метод обработки давлением. Этим методом получают фасонные заготовки режущего инструмента из быстрорежущих сталей и заготовок из трудно деформируемых сплавов. Метод ГГДВ заключается в выдавливании металла через окно матрицы при ударе бойка (молота). При этом пространство между стенками матрицы-контейнера и заготовкой заполняется графитом, обеспечивающим при ударе бойка всестороннее сжатие (давление) на заготовку и пластическое течение металла. Качество штамповки высокое.

г) Высокоскоростная штамповка ответственных деталей: лопаток авиадвигателей, втулок гильз и др. из жаропрочных и титановых сплавов. Сущность метода заключается в высокой скорости деформации заготовки при падении бойка со скоростью 20-40 м/сек. Высокая скорость деформации обеспечивает хорошую прорабатываемость структуры, высокие свойства и точность штамповки.

д) Горячая раскатка применяется для кольцевых заготовок, колец подшипников, бандажей двигателей на специальных машинах. Заготовка принудительно вращается и деформируется валками, увеличиваясь в диаметре и уменьшаясь по толщине. Метод обеспечивает получение заготовок высокого качества

При выборе наиболее рационального метода штамповки определяют КИМ и выбирают тот метод, при котором значение КИМ наибольшее, а отходы наименьшие.

,

где: Рд – вес детали;

Рз – вес заготовки;

Vд – объём детали;

Vз – объём заготовки;

γ – удельный вес материала детали.

8.4. Холодная штамповка

Применяется для изготовления плоских и пространственных тонкостенных деталей из листового материала. При холодной штамповке различают:

а) разделительные операции – резка, вырубка, пробивка, обрезка и др.;

б) формоизменяющие операции – правка, гибка, вытяжка и др.;

в) штампо-сборные – соединение в замок, соединение с отбортовкой, с обжатием роликами;

г) комбинированные – сочетают использование разделительных и формоизменяющих операций.

Холодную штамповку выполняют в штампах, состоящих из пуансона и матрицы.

Достоинства:

а) высокая прочность и жёсткость тонкостенных деталей сложной формы;

б) высокая производительность;

в) экономия металла.

Тема 1.3. Cварочное производство

1. Основы сварки металлов

Сварка – процесс получения неразъёмных соединений металлов, осуществляемый на основе использования сил межатомного сцепления. Сварку выполняют с нагревом и без нагрева; плавлением или давлением. При сварке с нагревом процесс осуществляется местным нагревом свариваемых поверхностей до температуры расплавления. При расплавлении кромок свариваемых деталей образуется ванна жидкого металла, который после затвердевания соединяет детали без приложения внешних сил. В процессе движения источника тепла и сварочной ванночки вдоль кромок детали происходит непрерывная кристаллизация металла с образованием сварного шва. По расположению соединяемых деталей сварные соединения различают: встык, внахлёст, тавровые и угловые.

2. Основные способы ручной электродуговой сварки

Дуговой сваркой называется процесс, при котором для расплавления кромок соединяемых деталей используют тепло, выделяемое при горении электродуги, питаемой постоянным или переменным током. Дуга горит между электродом и изделием. При сварке применяют неплавящиеся угольные или вольфрамовые электроды (сварка по методу Н.Н. Бенардоса запатентована в 1882 г.). Деталь включают в цепь постоянного тока анодом (+), а электрод – катодом (–). Электрод служит для поддержания горения дуги, а присадочный материал в виде проволоки подают сбоку.

Также при сварке используют плавящиеся металлические электроды (метод Н.Г. Славянова предложен в 1888г.). Электрод служит для поддержания горения дуги и является присадочным материалом. Ток – постоянный или переменный.

Сварочная дуга может быть отрытой или защищённой. При сварке открытой дугой зона сварки не защищена от окружающей среды. Для защиты сварочной дуги и ванны в зону сварки подают инертные газы (аргон, гелий) или применяют электроды с обмазкой.

3. Способы автоматической электродуговой сварки

В производстве широко применяют следующие способы автоматической электродуговой сварки:

а) плавящимся металлическим электродом;

б) неплавящимся вольфрамовым электродом;

в) под слоем флюса.

При сварке плавящимся металлическим электродом используется электродная проволока большой длины в мотках, подаваемая в зону дуги автоматически, она прижимается к токоведущим контактам и скользит по ним, проводя сварочный ток, питающим дугу. Дуговой автомат поддерживает горение дуги, подаёт электродную проволоку и перемещает дугу по линии сварки. Сваривают металлы толщиной 4-15 мм. Для защиты дуги и сварочной ванны применяют углекислый газ, аргон, гелий. Для сварки используют автоматы АДС –1000-8 и сварочные тракторы. Для металлов толщиной до 6 мм широко применяют сварку неплавящимся вольфрамовым электродом. Сварка выполняется в среде аргона или гелия с присадкой или без присадки. Присадку подают сбоку от электрода в виде проволоки d=1-2 мм. Сварочные горелки служат для удержания электрода, подведения сварочного тока и подачи защитного газа. Напряжение на дуге 8-15 В.

Для защиты дуги и сварочной ванны также применяют флюсы, а сварка называется «под слоем флюса». При сварке флюс подаётся из бункера по трубке впереди электрода. Голая электродная проволока подаётся с катушки в зону дуги автоматически. Дуга горит под слоем флюса. После сварки часть флюса отсасывается в бункер и используется вновь, а другая часть плавится и затвердевает коркой на шве. После сварки корку отбивают и удаляют со шва. Сваривают стали толщиной 10-40 мм.

4. Электроконтактная сварка

При электроконтактной сварке нагрев осуществляется пропусканием электрического тока большой величины через место сварки. Различают точечную, шовную (роликовую) и стыковую сварку. При точечной сварке внахлёст детали сжимают между стержневыми медными электродами, пропускают через них ток, нагревающий до расплавления. После выключения тока расплавленный металл кристаллизуется под небольшим давлением и образуется сварочная точка, общая для свариваемых металлов.

При шовной сварке применяются электроды в виде медных роликов. При вращении роликов детали, свариваемые внахлёст, зажимаются между ними и движутся поступательно, через ролики поступает ток, свариваемый металл плавится, кристаллизуется и образуется непрерывный сварной шов.

Стыковая сварка характеризуется нагревом деталей при пропускании через них сварочного тока и сжатием при больших удельных давлениях. Широко применяют стыковую сварку оплавлением, при которой на обе свариваемые части детали подают напряжение, затем их сближают и при соприкосновении торцов происходит их касание микровыступами.

При этом микровыступы плавятся и выбрасываются в расплавленном состоянии из зазоров. При полном оплавлении торцов производят сильное сжатие и происходит сварка.

Этим методом сваривают объёмные детали простого и сложного сечения диаметром до 60 мм.

5. Газовая сварка и резка металлов

5.1. Горючие газы и аппаратура для газовой сварки

Газовой сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений, при котором для нагрева до расплавления кромок соединяемых деталей используют тепло, выделяемое при сгорании смеси горючих газов с кислородом. Горючим газом служит ацетилен, температура пламени которого 3150ºС. Кислород – газ без запаха, цвета. Он не горюч, но активно поддерживает горение. Перевозится в стандартных баллонах светло-синего цвета ёмкостью 40 л., содержащих 6 м³ газообразного кислорода при давлении 150 атм., вес баллона 76 кг.

Ацетилен (С₂Н₂) – газ с резким неприятным запахом, его получают из карбида кальция (СaС₂) при действии воды. При разложении 1 кг. СaС₂ выделяется 250-300 л. ацетилена. Процесс происходит в ацетиленовых генераторах. Ацетилен транспортируется в баллонах белого цвета, ёмкостью 40 л., вмещающих 5 м³ газообразного ацетилена при давлении 19 атм.

Рабочим инструментом является газовая горелка, в которой смешиваются ацетилен с кислородом и смесь сгорает на выходе из сопла наконечника.

5.2. Технология газовой сварки

Газовую сварку применяют при изготовлении тонкостенных изделий из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов. Сварку выполняют в нижнем, потолочном и вертикальном положениях. По расположение соединяемых деталей получают соединения: встык, внахлёст, тавровые и угловые. Перед сваркой стыки зачищают. При сварке вручную в зону горения факела подаётся присадочная проволока. Горелку при сварке держат под наклоном к изделию, чем тоньше металл, тем больше угол наклона. На горелке устанавливаются съёмные наконечники с различным диаметром сопел.

Во время сварки производится касание наконечника горелки и присадочной проволоки с целью равномерного нагрева основного и присадочного металла и перемешивания жидкого металла в сварочной ванне.

5.3. Газокислородная огневая резка металлов

Это процесс, при котором металл в зоне резания нагревается до высоких температур и удаляется из полости реза в расплавленном состоянии или в виде жидких окислов. Огневая резка применяется для обрезки обдирки слитков, разрезки проката, раскроя листов, вырезки заготовок. Сущность газокислородной резки состоит в том, что часть металла в зоне реза сгорает в кислороде, а другая часть расплавляется. Расплавленный металл и окислы удаляются из зоны реза струёй кислорода. Для нагрева стали до температуры расплавления 1350-1450ºС применяют смесь ацетилена и кислорода. Для резки используют ацетиленовые генераторы или баллоны с ацетиленом, баллоны с кислородом, газовые редуктора и резаки. Резак отличается от сварочной горелки наличием дополнительного канала для подачи режущего кислорода. На производстве применяются ручную и автоматическую резку.

6. Сварка легированных сталей, чугунов и цветных сплавов

6.1. Свариваемость легированных сталей и методы сварки

Легированные стали обладают различной свариваемостью, на которую влияют:

а) химический состав сталей;

б) структура;

в) способы получения сталей;

г) термообработка и др.

Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода

– меньше 0,3% обладают хорошей свариваемостью;

– среднеуглеродистые (С – 0,3-0,5%) – пониженной;

– высокоуглеродистые (С более 0,5%) – плохой свариваемостью.

Высоколегированные нержавеющие стали (12Х18Н9Т и др.) широко применяются для сварных конструкций. Они имеют структуру аустенит, хорошо свариваются, но склонны к образованию кристаллизационных трещин и пористости. При сварке они требуют хорошую газовую защиту аргоном или гелием со стороны дуги или проплава.

6.2. Сварка чугуна

Это трудновыполнимая задача т.к.:

а) в чугуне много примесей;

б) пористая металлическая основа;

в) чугун хрупок и склонен к образованию трещин;

г)чугун неоднороден по химическому составу и структуре.

Различают электродуговую горячую и холодную сварку.

Горячую дуговую сварку выполняют только в нижнем положении с подогревом деталей до 600-700ºС чугунным электродом d=8-20 мм. Ванна жидкого металла имеет большой объём (сила тока до 200 А). Охлаждение жидкой ванны для получения структуры серого чугуна. Качество сварки высокое, но процесс длителен и трудоёмок.

Холодная дуговая сварка производится без подогрева деталей стальными электродами d=3-4 мм. Сила тока – 120 А. Чугун сваривается узкими швами, короткими прерывистыми участками, чтобы избежать сильного разогрева и образования трещин. Наблюдается хрупкость шва, но способ простой и применяется часто.

6.3. Сварка титановых сплавов

При высокой температуре титан и его сплавы активно реагируют с кислородом, азотом, водородом и растворяют большое количество газов. При поглощении газов титановые сплавы теряют пластичность, становятся твёрдыми, хрупкими и склонными к образованию трещин в зоне сварки. На производстве применяются:

а) аргоно-дуговая сварка вольфрамовыми электродами;

б) сварка под слоем флюса;

в) электроннолучевая сварка и др.

При аргоно-дуговой сварке для защиты применяют аргон или гелий, подаваемые со стороны дуги или со стороны проплава.

Хорошие результаты получают при дуговой сварке в камерах, заполненных аргоном. Также применяется электроннолучевая сварка в вакуумных камерах или специальных установках. Качество сварных соединений высокое.

7. Пайка металлов

Пайкой называется процесс соединения металлических деталей расплавленным металлом или сплавом припоя. Припой вводится в зазор между нагретыми соединяемыми деталями. Припой смачивает поверхности детали, соединяет их после охлаждения и затвердевания. Перед пайкой поверхности готовят: шлифованием шкуркой, травлением, применением флюсов (хлористый цинк, ортофосфорная кислота, глицерин, канифоль, кислота, бура.

При пайке применяют мягкие припои с температурой плавления менее 350ºС и твёрдые припоем с температурой плавления 700-900ºС. Мягкие припои готовят на основе свинца и олова с присадками сурьмы, серебра, висмута, кадмия. Прочность низкая σ_вр=100-120 МПа. Твёрдые припои: медные, медно-свинцовые, серебряные обеспечивают высокую прочность σ_вр=500 МПа.

Пайку широко применяют в авиастроении: при сборке узлов и панелей, соединении трубопроводов и электропроводов, сотовых панелей и др.

8. Производство деталей из металлических порошков

8.1. Общие сведения о порошковой металлургии

Порошковая металлургия является одним из методов изготовления различных полуфабрикатов и готовых деталей из порошков металлов и их сплавов. Сущность порошковой металлургии заключается в изготовлении порошков металлов и их сплавов с последующим прессованием в формы и спеканием при высокой температуре и давлении. Она обеспечивает получение материалов и деталей с высокими жаропрочностью, износостойкостью, твёрдостью, магнитными свойствами, красностойкостью и др. которые невозможно методами литья и обработки давлением. Метод обеспечивает высокий Ким. Недостаток – низкая пластичность и ударная вязкость.

8.2. Металлокерамические порошковые материалы

Это пористые, фрикционные, магнитные, электроконтактные. К пористым относятся материалы с пористостью 15-30%,

а) антифрикционные – бронзографитовые и железографитовые (для подшипников скольжения);

б) фильтры из порошков железа, бронзы, никеля, нержавеющих сталей (для очистки топлива в двигателях самолётов, тракторов, автомобилей);

в) фрикционные – на основе железа или меди содержат кварцевый песок, окислы тугоплавких соединений (в самолётостроении, автомобилестроении в тормозных узлах и узлах сцепления). Имеют повышенную хрупкость и низкую прочность, поэтому наносятся на стальную основу;

г) магнитные материалы – фер