Меню

Что такое прижег металла



5 способов нагартовки (пластической деформации металлов)

Услышав слово «нагартовка», большинство пожмёт плечами. Бывшие студенты металлургических и машиностроительных учебных заведений наморщат лоб, пытаясь что-то вспомнить. Лишь единицы смогут объяснить суть явления. Расскажем об этом сложном термине, пришедшем к нам из материаловедения металлов.

Нагартовка или наклёп?

Часто нагартовку путают с наклёпом. Наклёп — более широкое понятие. Это все виды пластической деформации металлов, возникающие при наружном механическом воздействии. Наклёп может быть полезным и вредным. Полезный наклёп создаётся специально и называется «нагартовка» (от немецкого слова hart — твёрдый). Вредный наклёп образуется не специально и требует последующей термической обработки металла.

Что такое пластическая деформация?

Деформация — это изменение формы и размеров предмета. Она бывает упругой и неупругой. При упругой деформации размеры тела не меняются или восстанавливаются, при неупругой меняются. Неупругая деформация возникает, например, в алюминиевой заклёпке при ударах по ней металлическим молотком для формирования второй шляпки. Под ударом молотка алюминий на мгновение становится пластичным в месте удара и меняет свою форму. Поэтому неупругую деформацию металлов ещё называют пластической.

Что происходит внутри металла при пластической деформации?

Любой металл имеет кристаллическую пространственную решётку, в узлах которой находятся атомы. Чистые металлы без примесей имеют правильную прямоугольную решётку, в которой расстояния между атомами равны. Освободить металл от примесей при плавке сложно и на 100% невозможно. После плавки металл начинает остывать. Внутри него происходят сложные физико-химические процессы и формируется монолитный кристалл.

Примеси в виде атомов чужих металлов и неметаллов вклиниваются в структуру кристалла и мешают его правильному росту. Вот поэтому в любом металле после расплава при остывании образуются зёрна разной величины и формы. Внутри каждого зерна находится чистый металл с правильной решёткой. Примеси располагаются на границах зёрен. Связи между атомами металла в кристалле очень сильны. Но при пластичной деформации строгая прямоугольная решётка кристалла меняет свою форму, она сминается.

Пример из жизни

Если взять кусочек пластилина и немного покатать его между ладоней, можно получить некое подобие металлического зерна. Ударив несильно ладонью по окатышу, получим овальный блинчик. Приблизительно такую форму принимают зёрна металла после пластической деформации. Но не все зёрна становятся «блинчиками». Пластическая деформация сминает зёрна только в верхних слоях металла, упрочняя его.

Почему упрочняются верхние слои?

Для наглядности нужно опять обратиться к пластилину. Сделаем много окатышей и положим их ненадолго в морозилку. Из несильно замороженных кусочков слепим кучу. Ударим ладонью по этой куче. Что произошло? В месте удара образовались знакомые нам «блинчики». В глубине кучи окатыши тоже немного помялись. Чем глубже, тем меньше было сминания.

А теперь попробуем отрывать окатыши пластилина от кучи. С обратной от удара стороны это получается легко. Но чем ближе к месту удара, тем тяжелее это делать. Почему? Зёрна в глубине металла имеют определённую площадь соприкосновения друг с другом. В месте удара площадь соприкосновения увеличивается из-за увеличения внешней поверхности смятого зерна. При увеличении площади соприкосновения «родные» атомы металла соседних зёрен образуют между собой дополнительные связи. «Блинчики» крепче связаны между собой, чем простые «окатыши». Вот и весь секрет уплотнения и упрочнения верхних слоёв металла после пластической деформации!

Виды нагартовки металла

Нагартовка — это полезный процесс, при котором уплотняются верхние слои металла. Такой уровень упрочнения не приводит к появлению трещин и разрушению верхних слоёв. Снаружи металла появляется «корка», которая защищает деталь при эксплуатации. После нагартовки не нужна последующая механическая обработка металла.

В отличие от нагартовки вредный наклёп требует снятия возникших в верхних слоях напряжений. Металлу устраивают «баню», нагревая поверхность до величины в 40–60% от температуры плавления. При остывании происходит рекристаллизация, восстанавливается обычная структура зёрен, напряжений больше нет и можно проводить дальнейшую механическую обработку деталей, не ломая инструмент.

Полезный наклёп (нагартовка) и вредный наклёп возникают в результате пластической деформации верхних слоёв металла только в результате холодной обработки давлением. «Холодный» – подразумевает температуру окружающего воздуха. Справочники говорят нам о допустимой верхней температуре — не больше температуры «рекристаллизации».

Важной особенностью пластической деформации является отсутствие разрушения. Пластичность оценивается величиной относительного удлинения стандартного образца при разрыве. Эта величина составляет 10–50%. К сплавам, обладающим высокой пластичностью, относятся низкоуглеродистые стали (содержание углерода 0,25%), сплавы алюминия, меди (латуни), многие легированные стали.

Какими же бывают виды холодной обработки металла давлением, запускающие процесс нагартовки в металле?

Их всего пять:

  1. Ковка.
  2. Прокатка.
  3. Прессование или штамповка.
  4. Волочение.
  5. Редуцирование.
Читайте также:  Метод получения металлов алюминотермией был предложен русским ученым

Холодная ковка

Оборудованием служат пневматические молоты при весе заготовок от 0,3 до 20 кг, паровоздушные молоты для заготовок 20–350 кг, гидравлические прессы для обработки деталей весом до 200 тонн.

Холодную ковку включают в технологию обработки, если нужно:

  • расплющить деталь — уменьшить высоту, увеличив поперечное сечение (осадка);
  • увеличить длину поковки за счёт уменьшения поперечного сечения (протяжка);
  • получить глухое или сквозное отверстие (прошивка);
  • изогнуть ось заготовки, при этом радиус изгиба не должен вызывать складки на внутренней и трещины на внешней стороне изделия (гибка);
  • увеличить ширину заготовки за счёт уменьшения её толщины (разгонка).

Холодная прокатка

Это самый распространённый способ нагартовки. Так получают длинные заготовки — трубы, рельсы, профили строительных конструкций. Прокаткой получают листовой металл, используемый в машиностроении. Примером холодной прокатки может служить алюминиевая фольга толщиной до 0,001 мм, получаемая из чистого алюминия.

Холодное прессование или штамповка

Есть два вида — объёмная и листовая штамповка.

При объёмной штамповке можно делать:

  • выдавливание заготовки;
  • высадку;
  • формовку.

Выдавливание производят на прессах в штампах, имеющих пуансон и матрицу. Исходной заготовкой служит пруток или лист. Если делают прямое выдавливание, то получают болты и клапаны. Обратным выдавливанием изготавливают полые детали. При боковом выдавливании производят различные тройники и крестовины. В сложном изделии, выдавливание делают комбинированным.

Только этот вид штамповки позволяет получить максимальную деформацию поверхности без её разрушения.

Холодная высадка — самый высокопроизводительный способ изготовления продукции. Процесс поддаётся автоматизации, поэтому в минуту можно получить от 20 до 400 деталей. Исходным материалом здесь служит пруток или проволока диаметром 0,5–40 мм. В высадке есть потребность при выработке деталей с местным утолщением: заклёпок, болтов и винтов, гвоздей, шариков, звёздочек и накидных гаек. Коэффициент использования металла достигает 95%.

Процесс холодной формовки аналогичен горячей штамповке. Однако здесь нужны более высокие усилия, потому что материал имеет низкую формуемость из-за упрочнения и действия сил трения. Обычно так получают детали из цветных металлов.

При холодной листовой штамповке заготовками служат листы, полосы или ленты толщиной не более 10 мм.

У листовой штамповки есть много преимуществ:

  • получение деталей с малой массой;
  • высокая точность и качество поверхностей;
  • производительность — до 40 тысяч деталей в смену на одном станке;
  • возможность автоматизации процесса.

При листовой штамповке деформации можно подвергать всю заготовку (отрезка и вырубка) или её часть (гибка, вытяжка и формовка).

Холодное волочение

Если нужно уменьшить диаметр и уплотнить поверхность проволоки для повышения её прочностных характеристик, применяют волочение. Это единственный способ нагартовки больших объёмов проволоки. В отличие от прокатки, где инструментом служат вращающиеся валки, в волочении для обжатия используют неподвижную матрицу с фильерами. За один цикл нельзя значительно сократить диаметр изделия, потому что тянущее усилие приложено к его тонкому концу.

Волочильные станы позволяют получать проволоку диаметром от 1 микрона до 6 мм.

Редуцирование

При этом способе нагартовки заготовка помещается между вращающимися обжимными валами или вращающаяся заготовка формуется под действием пуансона. В процессе вращения и обжима происходит изменение формы поверхности детали и её уплотнение.

  • накатка наружной и внутренней резьбы;
  • редуцирование труб;
  • правка заготовок;
  • гибка заготовок.

На резьбонакатных станках получают заготовки с наружной и внутренней резьбой М3 — М68, используя для этого накатные ролики или оправки. При редуцировании труб происходит в основном закатка или раскатка концов на длину до 200 мм. Правка заготовок нужна для выправления геометрической оси изделия. Гибку заготовок используют для получения пружин разного диаметра.

Как оказалось, нагартовка очень интересный, полезный и распространённый способ деформации металлов, который позволяет значительно увеличить эффективность металлообработки.

Источник

Прижоги при шлифовании

Тепловыделение при шлифовании

Прижоги при шлифовании возникают в момент контакта абразивного круга с обрабатываемой поверхностью. Это сопровождается неизменно высокой температурой, которая иногда достигает отметки в 1000-1600°С. При любой порезке происходит процесс тепловыделения, но при шлифовке его намного больше, чем при работе с резцом, фрезой или прочими инструментами. Это происходит из-за того, что скорость, с которой осуществляется шлифовка в 10-20 раз выше, чем при эксплуатации других приспособлений. Частицы абразива в основном имеют отрицательные передние углы, поэтому в процессе подрезки идет много энергии на то, чтобы прижать шлифовальный круг к изделию, как следствие, мелкая стружка и большое количество тепла.

Читайте также:  Металлы простые вещества коррозия металлов

Работа с абразивным кругом сопровождается выделением тепла, которое нагревает не только шлифовальный материал и поверхность детали, но и окружающий воздух. Он, как и круг имеет плохую проводимость, поэтому основная температура передается обрабатываемой детали, после чего при снятии стружки на этом участке образуется мгновенная температура. Она намного больше той температуры, которая установилась на поверхностном слое детали. Установившийся температурный режим – это количество тепла, равное объему поглощенному деталью и отведенному от нее охлаждающей жидкостью.

При окончательной шлифовке эта температура примерно соответствует цеховой или той, которую имеет измерительный инструмент. Правильное измерение уровня влияния теплоты поверхности должно производиться при равной температуре изделия и инструмента (20±2°С).

Бывают случаи, когда стружка плавится и спекается. Это происходит из-за очень высокой мгновенной температуры шлифования.

В процессе шлифовки деталей выделяемая энергия распределяется следующим образом: 80% идет на нагрев, а 20% — на деформацию кристаллической решетки. Такое воздействие способствует вторичной закалке поверхности стали и высокому отпуску. Под этим тонким слоем получается отпущенное покрытие, а дальнейшая структураостается неизменной.

Что такое прижог?

Структурные нарушения часто сопровождаются образованием цветов побежалости, которое называется прижог.

Цвет побежалости – это окисная пленка различной толщины и плотности, образующаяся на поверхности железного сплава.

Наличие подобных дефектов крайне нежелательно, во-первых, они существенно понижают механическое свойство поверхности металла, во-вторых, это считается браком.

Образование прижогов недопустимо, так как они снижают механические свойства поверхностного слоя металла. Выделяют следующие разновидности таких нарушений в зависимости от их формы:

Сплошные образуются при использовании затупленной и высокой твердости абразивного круга, а также при усиленном режиме шлифовки.

Штриховые получаются при неправильном закреплении обрабатываемого инструмента и неоднородной структуре применяемого круга.

Пятнистые прижоги возникают при вибрации и биении круга, а также при неравномерном износе и засаленности.

В зависимости от причины существуют такие виды прижогов при шлифовании:

  • сплошной – вся поверхность металла окрашена в цвета побежалости;
  • перегретый – отдельные участки имеют повреждения.

Довольно часто в процессе шлифования закаленной стали возникают термические дефекты, которые сопровождаются трещинами. Они располагаются перпендикулярно направлению шлифовки и имеют вид сетки. Причиной таких повреждений становятся чрезмерно высокие режимы работы, неправильно подобранный или затупившийся абразивный круг.

Причины возникновения прижогов при шлифовании

Причинами возникновения сплошных прижогов могут стать следующие факторы:

  1. Завышенная глубина шлифовки – повышается средняя толщина стружки, снимаемая одним зерном абразивного круга, увеличивается давление на обрабатываемую деталь, а также растет трение и дальнейший нагрев.
  2. Повышенная твердость и неподходящие условия работы выбранной модели шлифовального круга, которые вызывают излишнее давление абразивных частиц об изделие, увеличивается трение и нагрев поверхности.
  3. Недостаточное охлаждение и неправильный способ подвода жидкости для охлаждения.
  4. Низкая скорость вращения деталей. В процессе обработки появляется царапина, она не успевает охладиться, как следующие слои абразивных частиц врезаются в нее, и получается перегрев.
  5. Неправильная или несвоевременная правка круга.

Прижог местного типа может образоваться по следующим причинам:

  • вибрация станка, который имеет плохую балансировку круга;
  • биение шлифовочного инструмента из-за его неправильной центровки и закрепления;
  • неисправность подшипников шпинделя.

Шлифовочный прижог обнаруживают при наличии цветов побежалости или путем травления деталей, от которого не зависит качество покрытия. Травление осуществляют в растворах этилового спирта, ацетона, азотной кислоты и этиленгликоля. Промывают и осветляют деталис соляной или серной кислотой. Светлым покрытие будет, если на нем нет прижога, а темной станет отпущенная поверхность.

Некоторые прижоги могут быть глубиной в 2 мм, при этом твердость поверхности изделия снижается с 61 до 45 единиц HRC. Каждая структура стали имеет разный объем, поэтому в зоне нарушенной структуры поверхность сжимается или растягивается под воздействием других участков и возникают внутренние напряжения. Наихудшими считаются растягивающий вид напряжений, которые могут достигать серьезных значений, находящихся в пределах 80-100 кгс/мм 2 . Они уменьшают прочность, надежность и срок службы детали.

Как предотвратить и избавиться от прижогов?

Появление прижогов можно предотвратить, поэтому для этого следует придерживаться следующих правил:

  1. В работе должен применяться подходящий вид шлифовального круга, который имеет нужную твердость для абразивной обработки такой или иной детали.
  2. Жидкость или смазка для охлаждения должна подаваться на станок в достаточном количестве.
  3. Вращение детали должно осуществляться на подходящей скорости.
  4. Своевременная правка шлифовальных кругов.
  5. Правильная балансировка кругов на станках.
  6. Должная центровка и крепеж абразивных дисков.
  7. Соблюдение всех технологий при работе с абразивным инструментом.
Читайте также:  Сколько весит металл 2мм квадратный метр

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Пережог — металл

Пережог металла происходит при температурах, близких к началу плавления. Он состоит в оплавлении легкоплавких примесей, находя — щихся по границам зерен, [ в проникновении в межзеренные прослой -; ки кислорода из окружающей среды. При этом по границам зереде образуются окисные соединения примесей и металла, которые разоб -: щают зерна друг от друга. При деформировании такого металла зерна легко отделяются одно от другого. Пережженный металл может быть использован только для переплавки. [1]

Пережог металла получается при сварке окислительным пламенем и характеризуется также увеличением размеров зерен, как и при перегреве, но при пережоге поверхность зерен покрывается пленкой окислов, нарушающей их взаимное сцепление. Поэтому пережженный металл очень хрупок. Исправлению он не поддается. Шов с пережженным металлом должен быть вырублен и заварен вновь. [2]

Пережог металла ), перегревом ( см. Перегрев металла) либо ( значительно реже) недогревом металла. [3]

Пережог металла при термической обработке при нагреве выше 1 200 С особо опасен, поскольку он сопровождается окислением границ зерен и ослаблением связи между зернами. Пережженные сварные соединения подлежат удалению, поскольку этот вид брака термической обработки не может быть исправлен. [4]

Пережог металла трубы возможен и при других видах топлива, хотя и в меньшей степени, чем при каменном угле. Поэтому за температурой и равномерностью нагрева трубы надо внимательно следить; необходимо поворачивать трубу, регулировать дутье и толщину слоя топлива и применять защитные металлические листы. [5]

Пережогом металла является окисление границ зерен при нагреве, близком к температуре солидуса. [6]

При пережоге металла в сварном соединении наблюдаются включения закиси железа FeO или, точнее, эвтектики из железа и закиси железа FeO-Fe. [7]

Перегрев и пережог металла являются результатом неправильного выбора температуры нагрева при горячей обработке давлением. Для уменьшения сопротивления пластическому деформированию ( повышения пластичности металла) температуру нагрева следует выбирать возможно более высокой; однако при этом может увеличиться зерно и вследствие этого понизиться ударная вязкость. По -; этому при горячей обработке давлением необходимо указывать тем-1 пературу начала обработки, обусловливающую наименьшее сопро — тивление деформированию, и температуру конца обработки, обес — / печивающую рекристаллизацию металла и необходимые размеры) зерен. [8]

Перегрев и пережог металла являются результатом неправильного выбора температуры нагрева при горячей обработке давлением. Для уменьшения сопротивления пластической деформации ( повышения пластичности металла) температуру нагрева следует выбирать возможно более высокой; однако при этом может увеличиться зерно и понизиться ударная вязкость. [9]

Перегрев и пережог металла происходят при несоблюдении режима нагрева. При перегреве значительно увеличивается зерно, а при пережоге по границам зерна появляется цепочка окислов. [10]

Участие швов с пережогами металла удаляют и заваривают вновь. Перегрев металла устраняют термической обработкой. [11]

Наиболее опасным дефектом является пережог металла . Он характеризуется наличием в структуре металла шва окисленных зерен, которые из-за наличия на них пленки окислов обладают малым взаимным сцеплением. Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению. Причинами образования пережога металла являются применение при сварке окислительного сварочного пламени и плохая защита расплавленного металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха. [12]

Наиболее опасным дефектом является пережог металла . Он характеризуется наличием в структуре металла шва окисленных зерен, которые из-за наличия на них пленки оксидов обладают малым взаимным сцеплением. Пережженный металл хрупок и не поддается Управлению. Причинами образования пережога металла являются применение при сварке окислительного сварочного пламени и плохая защита расплавленного металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха. Участки с пережженным металлом вырубают полностью до основного металла и заваривают вновь. [13]

Во избежание перегрева и пережога металла температура нагрева должна быть на 100 — 150 ниже линии солидуса по диаграмме состояния железо — углерод для углеродистых сталей. Для легированных сталей устанавливать верхний предел температуры нагрева таким образом нельзя, поскольку они более чувствительны к перегреву и пережогу. Кроме того, в процессе прошивки заготовок из легированных сталей, имеющих, как правило, высокое сопротивление деформации, температура металла сильно повышается. Это нужно учитывать, чтобы избежать образования дефектов на гильзах в виде плен и трещин и получения готовых труб с неудовлетворительными механическими свойствами. [14]

Таким образом, недопустимость пережога металла является общим требованием, лимитирующим нагрев металла при всякой его обработке. [15]

Источник