Termokings.ru

Домашний Мастер
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Наклеп и нагартовка металла — явление, причины, сущность

Наклеп металла является одним из способов упрочнения металлического изделия. Происходит это благодаря пластической деформации, которой такое изделие подвергают при температуре, находящейся ниже температуры рекристаллизации. Деформирование в процессе наклепа приводит к изменению как внутренней структуры, так и фазового состава металла. В результате таких изменений в кристаллической решетке возникают дефекты, которые выходят на поверхность деформируемого изделия. Естественно, эти процессы приводят и к изменениям механических характеристик металла. В частности, с ним происходит следующее:

  • повышается твердость и прочность;
  • снижаются пластичность и ударная вязкость, а также сопротивляемость к деформациям, имеющим противоположный знак;
  • ухудшается устойчивость к коррозии.

Упрочнение поверхности металла можно оценить по изменению микротвердости, уменьшающейся про мере удаления от поверхности

Явление наклепа, если оно относится к ферромагнитным материалам (например, к железу), приводит к тому, что у металла увеличивается значение такого параметра, как коэрцитивная сила, а его магнитная проницаемость снижается. Если наклепанная область была сформирована в результате незначительной деформации, то остаточная индукция, которой характеризуется материал, снижается, а если степень деформации увеличить, то значение такого параметра резко возрастает. Из положительных последствий наклепа следует отметить и то, что с его помощью можно значительно улучшить эксплуатационные характеристики более пластичных металлов, создающих значительное трение в процессе использования.

Наклепанный слой на поверхности металлического изделия может быть сформирован как специально, тогда такой процесс является полезным, так и неумышленно, в таком случае его считают вредным. Чаще всего неумышленное поверхностное упрочнение металлического изделия происходит в процессе обработки резанием, когда на обрабатываемый металл оказывается значительное давление со стороны режущего инструмента.

Упрочнение (наклеп) при обработке резанием

Увеличение прочности приводит к тому, что поверхность металла становится и более хрупкой, что является очень нежелательным последствием обработки.

Если формирование наклепа может произойти в результате как осознанных, так и неосознанных действий, то нагартовка всегда выполняется специально и является, по сути, полноценной технологической операцией, цель которой состоит в поверхностном упрочнении металла.

Деформационное уплотнение кромки этого затвора произошло в результате эксплуатации, значит ˜– это наклеп

2 Наклеп металла – типы и физика этого процесса

Данное упрочнение бывает двух видов. В случае если в металле произошли фазовые изменения, в результате чего образовались новые фазы, имеющие иной удельный объем, то такой процесс будет, соответственно, называться фазовым наклепом. А когда изменения кристаллической решетки произошли в результате воздействия каких-то внешних сил, то это будет деформационный. Он, в свою очередь, делится на центробежно-шариковый и дробометный наклеп.

Так, при первом на обрабатываемую поверхность воздействуют шарики, которые располагаются на периферии обода и затем отбрасываются вглубь гнезда. Дробеструйное (дробометное) упрочнение достигается посредством кинетической энергии быстрого потока (его скорость достигает 70 м/с) круглой дроби диаметром в пределах от 0,4 до 2 миллиметров. Часто для этой цели используют чугунные, керамические, стальные элементы.

Разберемся в физике этого процесса. Если на металл производить некую нагрузку, которая будет превышать предел текучести, то при этом возникнут напряжения, а после снятия давления материал будет деформирован. В случае же повторного «нагружения» способность данного изделия к пластическим деформациям снизится, и его предел текучести повысится до значения возникших ранее напряжений. Материал, очевидно, станет прочнее. И тогда чтобы опять вызвать очередное изменение формы с остаточным изгибом, необходимо будет прикладывать более высокую нагрузку.

Вообще, пластическая деформация является следствием перемещения дислокаций. И пара движущихся дефектных линий в кристаллической решетке способна породить сотни новых, результатом этого является повышение предела текучести. Но такое явление значительно отражается на строении металла. Его решетка искажается, а беспорядочно ориентированные кристаллы поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации. И чем последняя окажется больше, тем заметнее будет увеличиваться степень структурированности, другими словами, все зерна станут ориентированы одинаково. При этом мнение, будто зерна измельчаются, весьма ошибочно, они только лишь деформируются, сплющиваются, но сохраняют площадь поперечного сечения.

Читать еще:  Нержавеющая сталь AISI 430: характеристики, состав. Сталь нержавеющая характеристики

Таким образом, наклеп металла представляет собой физический процесс, в результате которого изменяется кристаллическая структура материала, и металл становится более прочным, твердым, но в то же время и хрупким.

Термическое упрочнение

Для повышения общей прочности и износостойкости деталей в судоремонте применяют термическую и химико-термическую обработку.

К термической обработке относятся:

  • поверхностная закалка деталей токами высокой частоты, при злектронагреве в электролите, с контактным нагревом переменным током промышленной частоты, нагревом кислородно-ацетиленовым пламенем;
  • изометрическая закалка сталей и чугунов;
  • обработка холодом.

Термическая обработка

Поверхностную закалку токами высокой частоты (ТВЧ), разработанную академиком В. П. Вологдиным, широко применяют в судоремонте. Метод основан на использовании явлений электромагнитной индукции. В детали, внесенной в высокочастотное магнитное поле, индуцируются вихревые токи, которые вызывают нагревание ее поверхностного слоя. Глубина проникновения тепла (в сантиметрах) соответствует глубине проникновения тока.

Контейнеровоз Maribo Maersk, Малаккский пролив
Источник: www.shipspotting.com

Закалку ТВЧ осуществляют следующим образом. Специальный индуктор создает переменное магнитное поле при пропускании через него переменного тока высокой частоты (2 500— 5 000 Гц), вырабатываемого машинным генератором при одновитковом разъемном индукторе или ламповым генератором при непрерывно-последовательном способе.

Благодаря тепловому действию тока происходит быстрый нагрев поверхностных слоев детали (обычно за 2 ÷ 3 с). По достижении температуры закалки ток выключается, и через отверстия на внутренней поверхности индуктора подается под давлением вода. Происходит закалка поверхности на заданную глубину.

При одновременной закалке одновитковым разъемным индуктором вся поверхность детали охватывается индуктором и нагревается одновременно. Этот способ применяют для коротких деталей, например шеек коленчатых и распределительных валов. Детали же, имеющие большую длину, закаливают непрерывно-после­довательным способом.

При этом способе индуктор перемещается относительно шейки вала со скоростью 0,3—3 м/с. Глубина закаленного слоя коленчатых валов обычно не менее 4—7 мм. Нагретую поверхность охлаждают водой, которая подается через гребенку, расположенную рядом с индуктором. Внутренние поверхности втулок цилиндров и других деталей закаливают непрерывно-последовательным способом.

После закалки производятся отпуск (в печи) при температуре 250—300°С и механическое упрочнение посредством обкатки роликами, шариками или обдувки дробью.

Контейнеровоз OOCL Rauma, Роттердамский район
Источник: www.shipspotting.com

Высокочастотную закалку хорошо принимают детали из чугуна. Закалке с нагревом ТВЧ обычно подвергают:

  • чугунные поршни;
  • втулки цилиндров;
  • шестерни;
  • эксцентрики;
  • параллели;
  • золотники и др.

Поверхностную закалку газовым пламенем (ацетилено-кислородным пламенем) осуществляют специальными горелками до закалочной температуры на глубину 1—6 мм и сразу же охлаждают деталь водой или воздухом. Глубина закалки стальных и чугунных деталей при скорости передвижения пламени от 80 до 150 мм/мин составляет 1—5 мм.

Давление кислорода, подаваемого в горелку, равно 0,2—0,4 МПа, ацетилена — 0,002—0,08 МПа. Этот способ используется для закалки стальных и чугунных деталей, подвергающихся интенсивному изнашиванию (шейки коленчатых, гребных и промежуточных валов, кулачки распределительных валов, толкатели клапанов, шестерни и другие детали).

Изотермическая закалка является перспективным видом термической обработки. Различают светлую ступенчатую закалку и закалку в расплавленных щелочах.

При светлой ступенчатой закалке деталь помещают в охлаждающую среду, имеющую температуру 200—300°С, и выдерживают в ней до тех пор, пока деталь не приобретет эту температуру, далее охлаждение ведется в масле или на воздухе. Светлую ступенчатую закалку применяют при изготовлении деталей из легированных и инструментальных сталей марок У7, У12, ШХ15, 85, 60С2А, 65Г и др.

Контейнеровоз Christopher, река Эльба
Источник: www.shipspotting.com

Применение изотермической закалки дает возможность:

  • увеличить износостойкость деталей в 2—5 раз и более;
  • повысить предел прочности разрыву на 50—80%;
  • снизить трудоемкость обработки за счет исключения операций отпуска.
Читать еще:  Рым болт ГОСТ 4751-73: техническая документация изделия

Обработка судовых деталей Электромеханический метод наращивания и электроискровая обработка деталей холодом заключается в медленном охлаждении стальных деталей до температуры минус 80°С и ниже. В качестве холодильных агентов для создания низких температур используют жидкий азот, жидкий воздух или углекислоту в твердом состоянии. В результате глубокого охлаждения происходят дополнительные превращения остаточного аустенита в мартенсит, что повышает твердость и износостойкость деталей.

Обработка холодом для большинства стальных деталей должна производиться непосредственно после закалки во избежание стабилизации аустенита.

Обработку холодом в судоремонте применяют:

  • для повышения износостойкости поршневых пальцев, плунжерных пар, кулачных шайб и других деталей;
  • для стабилизации размеров закаленных деталей;
  • для повышения стойкости режущего инструмента;
  • для уменьшения размеров деталей под посадку и т. д.

Химико-термическая обработка

Цель обработки — изменение состава поверхностного слоя детали для придания ей:

  • высокой твердости;
  • износостойкости;
  • коррозионной стойкости;
  • жаростойкости и т. д.

При этом сердцевина детали остается сравнительно мягкой и вязкой. Наиболее распространены следующие виды обработки.

Контейнеровоз Madrid Maersk, Красное море
Источник: www.shipspotting.com

Цементация (науглероживание) — насыщение поверхностного слоя детали углеродом до концентрации 0,8—1%, обеспечивает получение (после закалки) детали с высокой твердостью и износостойкостью на поверхности и с вязкой сердцевиной. Применяют эту обработку для деталей, изготовленных из малоуглеродистых сталей (до 0,25% углерода). Цементацию ведут путем нагрева в герметически закрытой среде карбюризатора с последующим медленным охлаждением.

Азотирование (нитрирование) — насыщение поверхностного слоя детали азотом после предварительного улучшения. Придает высокую твердость, износостойкость и коррозионную стойкость поверхностному слою детали при минимальном его короблении. Режим: нагрев в атмосфере аммиака до 500—700°С, выдержка 20 ч с последующим охлаждением в парах аммиака до 100°С.

Цианирование — одновременное насыщение поверхностного слоя детали азотом и углеродом для повышения твердости и износостойкости. Температура нагрева 550°С при низкотемпературном и 850°С при высокотемпературном цианировании.

Упрочнение поверхности метала (видео)

Фрезерование металлических деталей

Обработка металлов резанием с помощью фрезы – это один из самых распространенных способов. Главным режущим элементом в конструкции станка является фреза – круглое колесо, имеющее зубчатые края. Электрический мотор приводит в действие режущий механизм, на большой скорости фреза врезается в металлическую заготовку и снимает слои в нужных местах.

Токарно-фрезерный станок DMG CTX gamma 2000

В итоге получается срез в детали и стружка отработанного материала. Ранее фрезерные станки управлялись только специалистом, из-за больших скоростей и диаметра колеса, получалось много отходов и бракованных деталей. Современные станки управляются программным обеспечением, благодаря чему достигнут высокий уровень точности резки.

Фрезерный станок по металлу корвет 416 Энкор

Фрезы могут быть разных размеров и форм и применяются в зависимости от необходимой величины разреза, вида обрабатываемого металла.

Листовая штамповка

Это вторичный вариант обработки после прокатки. В качестве исходного материала используются листы, полосы, а также ленты. Процесс проходит на кривошипных или гидравлических прессах. Листовая штамповка предусматривает два вида процедур:

  • создающие форму;
  • разделяющие.

При использовании листовой штамповки изготавливаются детали, которые имеют высокую точность. Практически все детали микроэлектроники произведены именно таким методом обработки давлением.

Эта процедура давно автоматизирована и штампует детали на скорости до нескольких сотен в минуту. При этом расход материала очень маленький.

Способы огнезащиты

Многочисленные решения по защите от прямого воздействия огня, огромного теплового воздействия развивающегося пожара металлических и деревянных конструкций, применяемых в строительном деле, найдены очень давно; но продолжают изобретаться как новые способы, так и новые составы.

Реальная картина находит отражение во многих нормах/правилах, регламентирующих обеспечение огнестойкости защищаемых объектов. Отдельно стоит упомянуть СП 2.13130.2012. Огнезащита металлических конструкций, как, впрочем, и всех остальных элементов зданий/сооружений, проходит в нем красной строкой.

Читать еще:  Подкрановая балка: типы, производство и сферы использования

Давно применяются, а также появились относительно недавно следующие способы/виды, методы и приемы предохранения поверхностей металла, находящихся под значительной нагрузкой в составе строения, от огня/теплового воздействия, называемые все вместе конструктивной огнезащитой.

Основана она на нанесении/создании на поверхности строительных конструкций, которые могут подвергаться внешнему воздействию, теплоизоляционного слоя, достаточной толщины и качества покрытия; чтобы он выдержал огонь/тепло в течение нормативного времени согласно требованьям ПБ при проектировании/строительстве в части обеспечения огнестойкости:

  • Огнезащита металлических колонн, опорных столбов, поддерживающих перекрытия/покрытия зданий/сооружений, используется очень давно, начиная со возведения старинных особняков/замков. Для этого использовался природный камень, кирпич, плитные материалы – сначала естественного, а позднее – искусственного происхождения.

Такая облицовка от пола до перекрытия надежно предохраняет конструкцию из металла от возможного воздействия факторов пожара. Если раньше такие материалы выкладывались вокруг колонны/столба с использованием строительного/известкового раствора, то сегодня разработаны виды/методы крепления плитных/листовых, а также рулонных огнезащитных материалов на каркасе с воздушными прослойками; что снижает нагрузку на междуэтажные перекрытия, значительно удешевляет этот вид противопожарных работ.

  • Огнезащита металлических балок. По понятным причинам облицевать камнем/кирпичом или плитными материалами такие конструкции, находящиеся под потолком помещений зданий, сложно/невозможно или просто опасно для людей, которые будут в нем находиться, особенно если это происходит на территориях с повышенной сейсмической активностью.

Поэтому металлические балки, как и колонны/столбы зданий, защищают слоем мокрой штукатурки, цементного раствора, бетонированием по деревянной дранке/металлической сетке, различными огнезащитными вязкими смесями – обмазками/мастиками, придавая в зависимости от толщины защитного покрытия требуемый предел огнестойкости. Недостаток такого метода огнезащиты – дополнительная нагрузка на перекрытия здания, дополнительные затраты, внешняя тяжеловесность таких решений, что часто не устраивает архитекторов/заказчиков проектируемых или строящихся зданий.

  • Огнезащита металлических лестниц. Так как это обязательная конструкция практически любого здания/сооружения, важный элемент организации/системы эвакуации людей из строений, то такому виду огнезащиты уделяется особое внимание. Использование быстровозводимых, сравнительно недорогих лестниц из металла, которым несложно придать нужный уклон, высоту/ширину маршей, широко распространено при проектировании/строительстве зданий большинства степеней огнестойкости, категории производства.

Защищают их всеми возможными вышеперечисленными способами, а также с использованием тонкослойных напыляемых составов – покрытий и красок, о которых речь пойдет в следующей главе.

  • Для защиты несущих конструкций зданий и лестниц в них используется также комбинированный способ, являющийся сочетанием различных видов огнезащитной обработки металла.

Следует отметить, что во всех случаях – при любых способах нанесения/крепления огнезащитных материалов они обязаны отвечать технологическим методам/приемам, приведенным в протоколах испытаний на стойкость к огневому воздействию, что требует СП 2.13130.2012 (см. выше).

В роли конструктивных средств огнезащиты металлических конструкций рассматривается базальтовое волокно. Современные методы огнезащиты подразумевают укладку определенных материалов, которые способны создать препятствие для распространения огня.

Металлические конструкции для обеспечения огнезащиты могут покрываться специальными составами, которые образуют теплоизолирующий слой. Для защиты стальных изделий могут применяться огнеупорные материалы, выкладываемые в несколько слоев.

В статье мы рассказали про основы обработки металлов резанием. Способов множество, но технология остается прежней и используется повсеместно.

Обращайтесь в ООО «Роста», если вы решили купить приспособления для промышленного пользования. У нас в наличии и на
заказ имеются ручные и полуавтоматические ленточнопильные станки, а также маятниковые, вертикальные и двухстоечные агрегаты.
Цена на товары снижена в 1.5 — 2 раза по сравнению с зарубежными аналогами.

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам
8 (908) 135-59-82; (473) 239−65−79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×