Geum.ru

Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2003

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


3.Обработка металлов давлением
3.1.Прокатное производство
3.2.Схема и сущность прокатки
9 станы, мелкосортные, проволочные 6
Способы прокатки
Плоской прокаткой
Сортовая прокатка
Подобный материал:
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   48

3.ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ



Должность металлургии тут кончается,
когда она поставит чистые металлы
или полуметаллы в дело годные.

М.В. Ломоносов




Егору Кузнецову — крепостному горнозаводчиков и землевладельцев Демидовых — пришла мысль приспособить “плющильную машину” не для выравнивания “дощатого” железа, а для его получения, т.е. прокатки. Не зная грамоты, не умея чертить и читать чертежи, Кузнецов сумел тем не менее изготовить нужные валки и саму машину “для приготовления листового железа”. Первые образцы прокатного металла были посланы “на досмотр” в Москву Демидову. Одобрив в целом идею прокатки, Демидов требовал подвергнуть рабочие валки обточке и тщательной отшлифовке. Критика сверху была учтена, и в 1766 г. первый в России листопрокатный стан начал выпускать свою продукцию.



3.1.ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО



Процесс обработки металла давлением (ОМД) — это придание материалу требуемой формы, размеров и физико-механических свойств без нарушения его сплошности путем пластической деформации. Пластичность металлов и сплавов зависит не только от их химического состава, структуры, но и условий, при которых происходит деформация — температуры, скорости и степени деформации: Технические процессы ОМД производятся в горячем и холодном состоянии.

При нагреве металла его способность к пластической деформации увеличивается, а сопротивление деформации падает, поэтому процессы горячей обработки менее трудо- и энергоемкие. В то же время качество поверхности изделий, полученных горячей обработкой, хуже, так как образуется окалина, и меньше точность геометрических размеров по сравнению с изделиями, полученными холодной обработкой.

Металлы являются кристаллическими телами. При затвердевании жидкого металла сначала образуются кристаллы с правильным расположением атомов в пространственной решетке. В дальнейшем правильная форма кристаллов нарушается в результате их взаимного воздействия. Кристаллы с неправильной формой называются зернами, или кристаллитами.

Опыты показывают, что металл чаще разрушается не по границам зерен, а по самим зернам — по плоскостям скольжения кристаллов. Установлено, что для металлов и их сплавов основным механизмом пластической деформации является скольжение — сдвиг одной части кристалла относительно другой под действием касательных напряжений. Плоскости, по которым происходит скольжение, и называют плоскостями скольжения.

Скольжение в металлах нельзя рассматривать как одновременный сдвиг одной части кристалла относительно другой по всей плоскости скольжения из-за нарушений (несовершенств) строения кристаллической решетки. Такие несовершенства (дефекты) могут быть точечными или линейными. Точечные образуются в результате выхода атомов из узлов решетки с образованием пустых мест, называемых вакансиями. Линейные же дефекты, в отличие от точечных, распространяются на значительную длину. Их принято называть дислокациями.

Дислокации бывают двух видов: краевые (линейные) и винтовые. Краевая дислокация образуется в результате вторжения в кристаллические решетки дополнительной атомной полуплоскости (рис. 47,а), именуемой экстраплоскостью. За счет этого число атомов над плоскостью АВ становится на один больше, чем под ней. Лишняя по сравнению с идеальной решеткой плоскость вызывает искажения — сжатие или растяжение решетки. Край экстраплоскости называют линией дислокации. Дислокации могут быть положительными или отрицательными в зависимости от расположения экстраплоскостей.

Винтовая дислокация (рис. 47,б) является более сложным несовершенством, чем краевая часть кристаллической решетки оказывается сдвинутой на один параметр решетки относительно другой. При винтовой дислокации лишней атомной плоскости нет.


Рис. 47. Дислокация в кристаллической решетке (схемы). а — краевая; б — винтовая


Дислокации образуются при кристаллизации металла, его пластической деформации и термической обработке. Они могут взаимодействовать между собой: дислокации одного знака отталкиваются, а разных — притягиваются друг к другу. При взаимодействии дислокаций противоположных знаков может происходить слияние экстраплоскостей и полное их устранение.

Количество дислокаций достигает 166–1012 на 1 см2 поверхности металла в зависимости от его состояния. Основными свойствами дислокации являются способность их к перемещению под действием небольших усилий, способность к размножению и торможению. Дислокации тормозятся, встречая препятствия в виде примесных атомов или же дислокаций другого направления. Для дальнейшего их продвижения необходимо дополнительное усилие. Поэтому при увеличении плотности дислокаций и наличии атомов другого типа в кристаллической решетке прочность металла также будет возрастать.

При пластической деформации металлов происходит движение имеющихся дислокаций и образование новых, увеличивается их плотность. Таким образом, пластическое деформирование металла приводит к повышению его прочности. Это явление называется наклепом, или нагартовкой.

Методами пластической деформации получают заготовки из стали, чугуна, цветных металлов, пластмасс, резины и др. Широкое распространение ОМД объясняется высокой производительностью процессов и высоким качеством изделий. ОМД включает прокатку, ковку, штамповку, прессование и волочение.

3.2.СХЕМА И СУЩНОСТЬ ПРОКАТКИ



Прокатка является наиболее распространенным способом ОМД благодаря хорошим экономическим показателям, непрерывности и поточности процесса, высокой производительности агрегатов и возможности получения изделий самой разнообразной формы и улучшенного качества.

Сущность процесса прокатки заключается в деформировании металла (заготовки) путем обжатия его между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего происходит изменение формы заготовки.

Первые прокатные станы появились в средние века. Вначале на них обрабатывались цветные металлы, как более мягкие и податливые. Эти станы приводили в действие вручную и только в конце XIV в. начали применять “водные двигатели” (металлурги издревле использовали воду как двигательную силу, поэтому и строили металлургические и обрабатывающие заводы вблизи водоемов). На этих более мощных станах уже можно было прокатывать и железо (вторая половина XVI в.). В 1783 г. Генри Корт предложил способ обработки железа прокаткой. Начало прокатки тяжелых полос в Англии относят к 1795–1800 гг. Первые катаные железнодорожные рельсы появились в 1825 г. Первые машины для привода прокатных станов начали использовать во второй половине XIX в., а электропривод — в ХХ в. С появлением паровых машин резко увеличился спрос на фасонные профили, что стимулировало появление катаного углового и таврового железа.

Сортаментом прокатной стали называется совокупность профилей (форм поперечных сечений) и размеров металла, которые можно получить в результате прокатки его на станах.

Сортамент прокатной продукции делится на пять групп.
  1. Сортовой прокат простого и сложного профилей.
  2. Листовой прокат (тонколистовой и толстолистовой).
  3. Трубный прокат (бесшовные и сварочные трубы).
  4. Периодический прокат.
  5. Специальный прокат.

Качественная характеристика проката различна и определяется по химическому составу, механическим свойствам, применению и назначению дальнейшей обработки. В зависимости от исходного материала на металлургических заводах применяют две схемы проката (рис. 48). При использовании в качестве исходного материала слитков 1 в технологической схеме предусматривается участок нагревательных колодцев и обжимного стана — блюминга или слябинга 2, 3. При использовании в качестве исходного материала блюмов или слябов технологический процесс начинается с заготовочных станов — непрерывного заготовочного стана 4 при сортовой прокатке или широкополосного стана горячей прокатки 5 при листовой прокатке. Последующие технологические операции получения проката одинаковы для обеих схем.

При производстве сортового проката заготовка поступает на крупносортные и среднесортные 9 станы, мелкосортные, проволочные 6 и штрипсовые 7 станы. Непосредственно из блюмов производится прокатка на рельсобалочных и крупносортных станах 8. При листовом производстве заготовка поступает на одно- и многоклетьевые станы холодной прокатки 10. На толстолистовых станах в качестве исходного материала используют слитки и слябы.


Рис. 48. Схема производства проката


Способы прокатки. При основном способе — продольной прокатке — толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются.

Способом поперечной прокатки можно получить зубчатые колеса, звездочки ценных передач и другие специальные и периодические профили.

При поперечно-винтовой прокатке оси валков располагают под некоторым углом, что обеспечивает вращающейся заготовке перемещение вдоль своей оси. Этот метод применяют для получения бесшовных труб, осей, шаров и других изделий.

Плоской прокаткой изготовливают листы, ленту, фольгу, полосы, плиты, рамы и другие изделия. Листы прокатывают толщиной 0,3–0,5 мм, шириной 500–3000 мм и длиной до 6000 мм.

Сортовая прокатка в основном является заготовительным переделом для последующего процесса волочения и лишь в виде редкого исключения часть катаных круглых прутков идет непосредственно потребителю для обработки на различные детали. Помимо круглой катанки сортовой прокаткой изготавливают заготовку для волочения прямоугольной полосы для двигателей, генераторов и коллекторов динамомашин.