Технология производства проката из конструкционной легированной стали и ее технико-экономическая оценка

На современных металлургических заводах технологический про­цесс прокатки состоит из прокатки слитка конструкционной легированной стали в полупродукт и полу­продукта в готовый прокат. В последние двадцать лет начали широко внедрять способ непрерывного литья, осуществляемый с помощью машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Слитки конструкционной легированной стали , выходящие из МНЛЗ, разрезают на мерные длины (6—12 м) и направляют на станы для дальнейшей прокатки или на склад. Преимущество процесса непрерывного литья заклю­чается в сокращении цикла металлургического производства, так как в сталеплавильном производстве исключается разливка металла в изложницы, а в прокатном производстве отпадает необ­ходимость в использовании обжимных и заготовочных станов. Кроме этого повышается качество заготовок за счет высокой сте­пени их однородности, увеличивается выход годного, снижаются капитальные затраты и создаются условия для комплексной автоматизации процесса.

Основными технологическими операциям прокатного производства являются: подготовка конструкционной легированной стали, нагрев, прокатка и отделка проката.

Подготовка исходных металлов (слитков и заготовок) к прокатке заключается в удалении различных поверхностных дефек­тов (трещины, плены, закаты, царапины и др.), что увеличивает выход готового проката. Эта операция особенно важна при про­катке конструкционной легированной стали.

Нагрев слитков и заготовок перед прокаткой должен обеспе­чить их высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры металла. Поэтому необходимо строгое соблюдение установленных режимов нагрева металла перед прокаткой, индивидуальных для каждой марки или группы марок стали, правильный выбор температуры начала и конца прокатки, а также режима обжатий.

При прокатке контролируют начальную и конечную, температуры, заданный режим обжатия, проверяют настройку валков наблюдением за размерами и формой проката, а также измеряют энергосиловые параметры.

Для контроля за состоянием поверхности проката регулярно отбирают пробы. Основной контроль поверхности проводят перед зачисткой проката.

После прокатки контроль продолжают во время отделочных операций (резки на мерные длины, правки, удаления поверхно­стных дефектов и т.д.). Готовый прокат подвергают конечному техническому контролю.

После отжига сталь направляют для дальнейшей прокатки или на дрессировку (холодная прокатка с обжатием 0,5—1,5% за один проход).

Блок-схема технологического процесса

Металлические слитки

Металлические заготовки

Нагретые

заготовки

Металлический прокат

Готовая

продукция

1. – резка;

2. – нагрев;

3. – проката;

4. – механическая обработка.

35. КОВКА СВОБОДНАЯ И ШТАМПОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Процесс свободного течения металла под воздействием периодических ударов или статических воздействий инструмента называется – ковкой. Свободной ковкой изготавливают детали массой от нескольких грамм до 250 и более тонн, размерами от сантиметров до десятков метров, в основном простых сечений. Ковка применяется в индустриальном и мелкосерийном производстве. Шероховатость поверхности поковок, полученных ковкой, равна RZ= 320 – 80 мкм. При использовании подкладных штампов RZ= 80 – 40 мкм. Коэффициент весовой точности равен 0,3 – 0,4 , что указывает большой объём механической обработки. Свободной ковкой можно изготавливать заготовки практически из всех марок и видов деформируемых конструкционных металлов и сплавов. Основные преимущества свободной ковки. 1.Получение металла высокого качества и свойств по сравнению с отливками. 2.Возможность получить крупные поковки по массе и габаритам, что другими способами либо недостижимо, либо экономически нецелесообразно. 3.Для изготовления крупных поковок требуются сравнительно небольшие усилия, так как обработка осуществляется обжатием отдельных небольших участков, а отдельные усилия невелики ввиду относительно свободного течения металла в стороны. 4.Применение универсального оборудования и инструмента резко снижает затраты производства особенно при мелкосерийном его характера. Недостатки 1.Низкая производительность по сравнению с горячей штамповкой. 2.Большие напуски, припуски, допуски, что требует большого объёма последующей обработки. Свободная ковка разделяется на ручную и машинную. Ручная ковка – в мелких ремонтных мастерских. Свободная машинная ковка осуществляется на молотах и прессах. Молот – машина ударного действия, в которой энергия привода перед ударом преобразуется в кинетическую энергию линейного движения рабочих масс с закреплённом на них рабочим инструментом, а время удара – в полезную работу деформирования поковки. По конструкции и типу привода молоты можно классифицировать: - паровоздушные - пневматические - электромеханические - газовые - высокоскоростные Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или сжатым воздухом, подающихся от котлов или компрессоров. Пневматические также используют сжатый воздух. В электромеханических молотах подвижные части через преобразующие механизмы связаны с приводом, в качестве которых применяются электродвигатели. В газовых молотах на поршень действует давление газов , возникающие в результате вспышки горючего. В высокоскоростных молотах высокое давление создаётся с помощью специальных гидравлических устройств. Энергоноситель – сжиженный газ, порох и т.д. Высокоскоростные молоты осуществляют один удар за который полностью осуществляется деформация. При ударе молота (бойка) по заготовке часть энергии расходуется на её деформацию, остальная поглощается нижним бойком и его основанием (шаботом). В качестве исходных заготовок для ковки используют прокат квадратного, круглого или прямоугольного сечения, блюмов. Прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки различными способами: на кривошипных пресс- ножницах, механическими пилами, газовой резкой и т.д. Перед ковкой мерную заготовку нагревают, что уменьшает в 10-15 раз сопротивление металла деформированию. Нагревательные устройства делятся на пламенные, электрические и комбинированные. К основным операциям ковки относятся - осадка - протяжка - прошивка - отрубка - гибка 1.Осадка – обжатие заготовки по высоте с целью увеличения её поперечных размеров. Осадка с утолщением одного из концов заготовки – высадка. Осадка применяется для получения поковок с большими поперечными сечениями из заготовок с меньшими поперечными сечениями: дисков, шестерён. 2.Протяжка – операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Протяжку проводят последовательными ударами или нажатиями на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому, с подачей заготовки вдоль оси протяжки и поворотами ее на 90 градусов вокруг оси. Протягивать можно плоскими и вырезными балками. Разновидности протяжки: Разгонка – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины (а). (а) Протяжка с оправкой – операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок. Протяжку выполняют в бойках на слегка конической оправке. Протягивают в одном направлении – к расширяющемуся концу оправки, что облегчает ее удаление из поковки. Раскатка на оправке- операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок. Заготовка 1 опирается на оправку 3 и деформируется между оправкой и бойком 2. 3.Прошивка – операция получения в заготовке сквозного отверстия или углубления. Инструмент для прошивки – прошивни сплошные или пустотелые, пустотелыми прошивают отверстия большого диаметра (400-900мм). При прошивке сквозной сравнительно тонких поковок применяют подкладные кольца. Диаметр прошивня не более ½ от наружного диаметра заготовки, при большом диаметре прошивня заготовка значительно искажается. Прошивка сопровождается отходом- выдрой. 4. Отрубка – операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента – топора. Отрубку применяют для получения из заготовок большой длины нескольких коротких, для удаления излишков металла на концах поковок, для удаления прибыльной и донной частей слитка и тд. 5. Гибка – операция придания заготовке изогнутой формы. 6.Закручивание – поворот одной части заготовки относительно оси на некоторый угол. Например для изготовления коленчатых валов. 7. Кузнечная сварка – операция, при которой обеспечивается соединение отдельных частей заготовки. Температура д/б выше 1100градусов( порог свариваемости), сталь не должна содержать много углерода. Разработка технологического процесса ковки включает: - составление чертежа поковки - расчет размеров и массы заготовки -выбор основных , вспомогательных и отделочных операций - выбор оборудования - определение режимов нагрела и охлаждения поковок 8.Перечисленными операциями ковки трудно изготовить поковки сложной конфигурации. Для изготовления небольших партий сложных поковок применяют штамповку в подкладных штампах. Подкладной штамп может состоять из одной или двух частей, в которых имеется полость с конфигурацией поковки или ее отдельного участка. 1. Чертеж поковки Чертеж поковки составляют на основании разработанного чертежа детали с учетом припусков, допусков и напусков. Припуск- поверхностный слой металла поковки, подлежащий удалению обработкой резанием для получения требуемых размеров качества поверхности готовой детали. Напуск – объем металла, добавленного к поковке сверх припуска для упрощения ее формы. Припуски и допуски на кованные молотовые поковки назначают по ГОСТ- 7829-70, на прессах 7062-79. 2.Выбор заготовки осуществляется по ее массе, которая определяется mзаг=mпок+mпр +mдн+mуг+mот mпок – масса поковки = произведению объема поковки на плотность металла. mпр – масса отхода с прибыльной частью слитка. mдн – масса отхода с донной частью слитка. mуг – масса отхода на угар. mот – масса технологических отходов. При ковке из прокатанной заготовки mпр и mдн отсутствуют. 3. Выбор оборудования осуществляется в зависимости от режима ковки данного металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации. ф 4. Последовательность операций ковки устанавливается в зависимости от конфигурации поковки и технологических требований на нее, вида заготовки. Типовое оформление чертежа поковки Чертеж поковки оформляют следующим образом: 1.Тонкой сплошной линией вычерчивается контур детали. 2. Толстой сплошной линией наносят чертеж поковки, выполняют на нем размерные линии. 3.Проставляют размеры. Размеры выполняют от одной базы для контроля обработки резанием. Один из участков поковки, отковываемый в последнюю очередь на чертеже оставляют с не проставленной длиной. Он равен разности общей длины и суммы длин отдельных участков. 5. Определение режимов нагрева металла. Температурный интервал ковки – область температур, при которых металл обладает достаточной пластичностью и пониженным сопротивлением деформированию. Верхняя граница температурного интервала ниже линии солидуса на 100-200 градусов. Нижняя граница – на 75 – 4 градусов выше линии PSK. 1300-800 градусов Технологические особенности ковки. Высоколегированные стали и цветные металлы – поковки получают на прессах, т.к. они склонны к интенсивному упрочнению. Дефекты кованных поковок - наружные трещины (возникают в результате использования недоброкачественной исходной заготовки или пережога металла. - внутренние трещины (недостаточный прогрев сердцевины заготовки). - вмятины ( образуются от окалины, не удаленной с бойков и закованной при последующих обжатиях) - неметаллические включения.
36. волочение и холодное профилирование, как разновидность обработки металла давлением.

Волочение металла — это протягивание изделия кругло­го или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (во­локу), площадь выходного сечения которого меньше площади сечения исходного изделия. Волочение выполняется тяговым усилием, прило­женным к переднему концу обрабатываемой заготовки. Данным спосо­бом получают проволоку всех видов, прутки с высокой точностью по­перечных размеров и трубы разнообразных сечений. Обработка металла волочением находит широкое применение в металлургической, кабельной и машиностроительной промышленности. Волочением получают про­волоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы главным образом небольшого диаметра и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий, и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью разме­ров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой. Волочение чаще всего выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию большинства металлов сопровож­дает наклеп. Это свойство в совокупности с термической обработкой, используют для повышения некоторых механических характеристик металла. Так, например, арматурная проволока диаметром 3...12 мм из углеродистой конструкционной, стали (0,70...0,90%С) при произ­водстве ее волочением обеспечивает предел прочности 1400... 1900 МПа и предел текучести 1200... 1500 МПа. Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс за­метно производительнее и менее трудоемок. Волочением можно изготовлять полые и сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими спосо­бами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины). При волочении ряда профилей (квадратный, треугольный, шести­угольный и др.) используют составные волоки, которые отличаются высокой универсальностью, так как в одной и той же волоке, меняя профиль отверстия соответствующей перестановкой отдельных плас­тин, можно получать различные размеры профиля. Кроме составных волок при произ­водстве прутков и главным образом труб применяют шариковые и роликовые волоки. При получении профилей сложной формы при­меняют дисковые волоки, в которых рабочие поверхности волочиль­ного канала образуются поверхностями свободно вращающихся дис­ков (неприводных валков-роликов). В качестве исходного материала для волочения применяют ката­ную и прессованную заготовки. При производстве алюминиевой, медной и другой проволоки в качестве исходной заготовки используют катанку, получаемую непосредственно из плавильной печи через кристаллизатор и непрерывный прокатный стан. Независимо от спо­соба получения исходная заготовка перед волочением проходит тщательную предварительную подготовку, которая заключается в про­ведении того или иного вида термической обработки, удалении ока­лины и подготовке поверхности для закрепления и удержания на ней смазки в процессе волочения. Эти предварительные операции обеспе­чивают нормальное выполнение пластической деформации в волочиль­ном отверстии, способствуют получению высокого качества поверхности изделия, уменьшают усилие и энергию на волочение и снижают износ волочильного инструмента. Термическая обработка металла перед волочением снимает наклеп, придает металлу необходимые пластические свойства, обеспечивает получение наиболее оптимальной структуры. Поэтому термическую обработку выбирают такой, чтобы в сочетании с пластической дефор­мацией она обеспечивала максимальные механические и другие ха­рактеристики обрабатываемого изделия. В зависимости от химиче­ского состава металла и назначения продукта волочения применяют отжиг, нормализацию, закалку, патентирование. Патентирование применяют для углеродистых сталей. Процесс патентирования состоит в нагреве металла выше критической точки и охлаждении его в среде с температу­рой 450…500°С. В качестве такой закалочной среды используют рас­плавленный свинец или соли. В процессе получения готового изделия волочением термическую обработку для снятия наклепа и улучшения структуры металла можно выполнять несколько раз в зависимости от размеров исходного и конечного продуктов обработки и окончательных его качественных показателей. Го­товый продукт тоже можно подвергать окончательной термической обработке в целях придания металлу требуемых механических свойств и структуры. При производстве проволоки и прутков волочением большое вни­мание уделяют подготовке поверхности продукта обработки перед волочением. Удаление окалины в калибровочных и волочильных це­хах производят механическим, химическим и электрохимическим способами, а также комбинациями этих способов. При механической очистке поверхности от окалины проволоку или пруток подвергают периодическим перегибам в разных плоскостях между роликами, после чего металл поступает на завершающую очистку стальными щетками. Такой способ экономически целесообразен, пригоден для очистки поверхности главным образом из углеродистой стали, ока­лина которой при перегибах сравнительно легко разрушается и опа­дает. Из механических способов, обеспечивающих достаточно успеш­ную очистку поверхности металла, находит применение дробеструй­ная обработка. Под действием ударов дроби из отбеленного чугуна. стального литья или высокопрочной мелко нарезанной стальной про­волоки окалина на поверхности обрабатываемого изделия разрых­ляется и удаляется. Этот способ очистки поверхности металла от ока­лины во многих случаях не требует дополнительного травления и наиболее часто применяется в калибровочных цехах. Химические способы удаления окалины получили широкое рас­пространение благодаря своей надежности, хотя они менее эконо­мичны по сравнению с механическими способами. Травление углеро­дистых и ряда легированных сталей производят в серной или соляной кислотах. Высоколегированные стали (кислотоупорные, нержавеющие и др.) травят в смесях кислот (серная и соляная, серная и азотная и др.). Медь и ее сплавы травят в 5...10%-ной серной кислоте при темпера­туре 30...60°С. Травление металла в кислотах для очистки от окалины обычно производят с добавлением в ванну присадок (ингибиторов травления), которые значительно уменьшают скорость растворения основного металла, но не влияют на скорость растворения окалины, что предот­вращает перетравливание. Кроме того, присадки снижают диффузию водорода (Н2) в металл, уменьшают загазованность травильных от­делений, улучшают условия труда. Непосредственно после травления металл тщательно промывают для удаления остатков раствора кислоты, солей железа, шлама, тра­вильной присадки, грязи. Промывку производят немедленно после травления, так как задержка ведет к высыханию травильной жид­кости и выделению труднорастворимых солей железа. Обычно про­мывку ведут сначала в горячей воде, что обеспечивает интенсивное растворение солей, а затем для лучшего удаления шлама — в струе холодной воды из шланга под давлением около 0,7 МПа. После удаления окалины наносят подсмазочный слой, который должен хорошо удерживать смазку при волочении и способствовать предохранению налипания металла на рабочую поверхность волоки. После травления, промывки, нанесения подсмазочного слоя металл сушат в специальных камерах при циркуляции воздуха температурой 300...350°С. Сушка удаляет влагу, а также устраняет возможную тра­вильную (водородную) хрупкость, которая может возникнуть от того, что часть водорода, образующегося при травлении, диффунди­рует в металл и вызывает ухудшение его пластических свойств. Все операции по подготовке поверхности металла к волочению вы­полняют в специальном изолированном помещении. Для травления и обработки поверхности проволоки и прутков существуют травильные машины периодического и непрерывного действия. Обработка в машинах непрерывного действия обес­печивает быстрое и равномерное травление изделий любых сечений. Этот способ является наиболее прогрессивным, так как в непрерыв­ном процессе можно сочетать термическую обработку, удаление ока­лины и нанесение подсмазочного слоя. Такая поточная обработка обеспечивает полную автоматизацию процесса, повышает качество металла, снижает трудоемкость операций. После процесса волочения прутки помимо термической обработки во многих случаях правят, шлифуют, полируют и в зависимости от назначения наносят на них защитные покрытия, например, цинкованием, лужением, хромированием, кадмированием, алитированием, лакировкой и др. Правку обычно выполняют на роликоправильных машинах, которые устанавливают или в потоке производства, или отдельно. Шлифовка поверхности калиброванных прутков на глубину до 0,15...0,30 мм используется для удаления поверхностных дефек­тов, снятия обезуглероженного слоя, придания точных размеров по­перечному сечению прутка и др. Для регламентации технологических операций составляются тех­нологические карты, в которых расписан весь технологический про­цесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной термических обработок, операций отделки и пр. Так как маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения исходного материала на волочильном стане, а на одной установке обычно получают изделия с различными размерами поперечного се­чения, то для каждого из них должен быть свой маршрут волочения. Определяя маршрут обработки металла на станах многократного волочения, необходимо учитывать кинематику стана, т. е. вытяжки должны согласовываться с частотой вращения и размерами диаметра каждого барабана. Маршрут, принятый без учета кинематики стана, особенно для станов, работающих со скольжением не только затруд­няет процесс волочения, но и делает его невыполнимым. Лишь на станах с автоматической регулировкой скоростей можно допускать некоторое несоответствие принятых вытяжек и заданных скоростей.
37.Сварка металлов. ЕЕ сущность. Виды сварных швов.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании (ГОСТ 2601—84).

Сущность сварки плавлением (рис. 1) состоит в том, что образующийся от нагрева посторонним источником жидкий металл одной оплавленной кромки самопроизвольно соединяется (в какой-то мере перемешивается) с жидким металлом второй оплавленной кромки, создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После охлаждения металла сварочной ванны получается металл шва. Металл шва может образоваться только за счет переплавления металла по кромкам или дополнительного присадочного металла, введенного в сварочную ванну.

Источниками местного нагрева при сварке плавлением могут быть электрическая дуга, Тазовое пламя, химическая реакция с выделением теплоты, расплавленный шлак, энергия электронного излучения, плазма, энергия лазерного излучения.

Образование межатомных связей в кромках соединяемых деталей при сварке плавлением достигается благодаря тому, что металл по кромкам (каждый в отдельности) первоначально расплавляется, а потом вновь оплавленные кромки смачиваются и заполняются расплавленным металлом из сварочной ванны.

Зона сплавления

Зона вблизи границы оплавленной кромки свариваемой детали и шва называется зоной сплавления. В ней содержатся прежде всего образовавшиеся межатомные связи. В поперечном сечении сварного соединения она измеряется микрометрами, но роль ее в прочности металла очень велика.

Неразъемное соединение, выполненное сваркой, называется сварным соединением. В зависимости от взаимного расположения в пространстве соединяемых деталей различают соединения:

o Стыковые сварные соединения (Рис. 1, а) – свариваемые элементы располагаются в одной плоскости или на одной поверхности. Устанавливается 32 вида стыковых соединений. Обозначаются С1, С2, С3, С4 и т.д.

· Нахлесточные сварные соединения (Рис. 1, б). Свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга. Величина перекрытия должна быть в пределах 3-420 мм. Обозначаются Н1, Н2.

· Тавровые сварные соединения(Рис. 1, в). Отличительной особенностью этих соединений является то, что одна из соединяемых деталей торцом устанавливается на поверхности другой и приваривается, образуя в сечении как бы букву Т (отсюда и название – тавровое). Обозначаются Т3, Т6 и т.д.

· Угловые сварные соединения (Рис. 1, г) – сварное соединение двух элементов, расположенных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Рисунок 1. Типы сварных соединений.

а) стыковое; б) нахлесточное; в) тавровое; г) угловое.

Обозначаются по ГОСТ5264-80 У1, У2, У3 и т.д.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: