Производство металлопродукции

Технологический цикл производства металлоизделий включает в себя следующие этапы: получение черновых изделий, то есть заготовок; обработка заготовок резанием или другими способами механической обработки; термическая или химико-термическая обработка; сборка изделия; отделка.

Черновые заготовки получают двумя способами: из жидкого металла в литейном производстве и твердого металла путем обработки давлением (деформации).

Литейное производство – процесс получения фасонных отливок путем заполнения жидким металлом заранее приготовленных форм, в которых металл затвердевает.

Литые детали широко применяют при изготовлении станков, машин, механизмов. Они могут иметь массу от 5 г до 260 т, быть весьма сложными по форме; толщина стенок отливок колеблется от 0,8 до 500 мм.

Основной объем заготовок из стали и цветных металлов получают в процессах обработки металлов давлением.

Обработка металлов давлением основана на пластичности металлов.

При производстве металлических изделий применяют обработку металлов давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Исходными материалами для обработки металлов давлением являются слитки и заготовки различных размеров и массы. Основными способами обработки металлов давлением являются: прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка.

Прокатка. Среди различных методов пластической обработки прокатка занимает особое положение, поскольку данным способом производят как готовые изделия, пригодные для непосредственного использования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и др.), так и заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием, волочением или реза­нием.

Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии) заготовки металла между вращающимися валками прокатных станов в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы.

Прокатные станы различают по назначению (обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные); количеству валков (двух-, трех-, четырех- и многовалковые) и схеме их расположения.

Различают горячую, холодную и теплую прокатку. Основная часть проката (заготовки, сортовой и листовой прокат, трубы, шары и др.) производится горячей прокаткой при начальных температурах стали 1000 – 1300 °С. Холодная прокатка применяется главным образом для производства листов и ленты толщиной менее 1,5 – 6 мм, прецизионных сортовых профилей и труб. Кроме того, холодной прокатке подвергают горячекатаный металл для получения более гладкой поверхности и лучших механических свойств. Теплая прокатка в отличие от холодной происходит при несколько повышенной температуре с целью снижения упрочнения (наклепа) металла при его деформации.

Продукция прокатного производства

При классификации сплавов черных металлов в таможенных целях продукция прокатного производства подразделяется на полуфабрикаты и готовые изделия.

К полуфабрикатам относятся изделия, прошедшие первичную горячую прокатку на обжимных станах, и предназначенные для дальнейшей прокатки.

Полуфабрикатыпрокатного производства:

- блюмы имеют квадратное сечение с длиной сторон > 120 мм;

- биллеты могут быть квадратными (длина сторон >50 < 120 мм) или прямоугольными;

- круглые заготовки имеют круглое и многоугольное (более четырех углов) сечение и используются для последующей прокатки на бесшовные трубы;

- слябы и сутунки имеют прямоугольное сечение, но их ширина больше их толщины. Слябы используют для прокатки плит, а сутунки – для получения листов или полос.

К готовым изделиям прокатного производства относятся изделия, имеющие самые разнообразные профили. Совокупность профилей и их размеров, а также сталей, из которых их изготовляют, называют сортаментом.

Профильный сортамент проката включает: сортовой, листовой, трубный и специальный (бандажи, колеса, периодические профили и др.). Наиболее разнообразной является группа сортового проката.

Прессование (выдавливание). При прессовании металл выдавливают из замкнутой полости через отверстие, в результате чего получают изделие с сечением в форме отверстия. Прессованием получают изделия различного профиля с размером поперечного сечения до 400 мм.

Волочение. Волочение применяют для изготовления проволоки диаметром от 0,002 до 4 мм, а также калиброванных прутков и тонких труб из катаной или прессованной заготовки. Волочение заключается в протягивании заготовки (обычно в холодном состоянии) через отверстие, сечение которого меньше исходного сечения заготовки.

Ковкой называется процесс обработки металла, находящегося в пластическом состоянии под действием бойков молотка (динамическое воздействие) или пресса (статическое воздействие) с использованием при надобности подкладного инструмента. При ковке металл заготовки пластически деформируется, постепенно приобретая заданную форму, размеры и свойства. Фасонные заготовки, полученные ковкой, называются поковками. С помощью ковки можно получать поковки с высокими механическими свойствами, самой различной формы и массой от 0,5 кг до 350 тонн и более.

Штамповка. Штамповка — процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размер получаемой поковки.

Производительность штамповки в десятки раз больше, чем ковки; при штамповке достигается большая, чем при ковке, точность размеров и малая шероховатость поверхности. Штамповкой можно изготовлять весьма сложные поковки массой преимущественно до 100 кг (в отдельных случаях до 2 т). Различают объемную и листовую штамповку в нагретом и холодном состоянии.

При обработке металлов по любому способу одновременно с изменением формы и размеров исходного материала изменяются также его структура и механические свойства.

Термическая обработка металлов

Термической обработкойназывают процессы, связанные с нагреванием и охлаждением, вызывающие изменения внутреннего строения сплава и обусловленные этим изменения физических, механических и других свойств. Термической обработке подвергают как полуфабрикаты (заготовки), так и готовые изделия (детали, инструмент).

Цель термической обработки – получение в заготовке или детали необходимого комплекса физико-механических свойств за счет образования необходимой структуры металла.

В основе термической обработки стали лежат фазовые полиморфные превращения α → γ, а также фиксация состояния разной степени равновесности. Основными факторами воздействия при термической обработке являются температура и время. Виды термической обработки сталей: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.

Отжиг - разупрочняющая обработка. После отливки, прокатки, ковки и других видов обработки заготовок они охлаждаются неравномерно, результатом чего является неоднородность структуры и свойств в различных частях заготовки, а также появление внутренних напряжений. Основные цели отжига: перекри­сталлизация стали, снятие внутренних напряжений, снижение твердости и улучшение обрабатываемости.

Отжиг- это нагрев стали выше температуры фазовых превращений с последующим медленным охлаждением (обычно вместе с печью).

Нормализация. При нормализации сталь после нагрева охлаждается не в печи, а на воздухе в цехе, что экономичнее. Нагрев ведется до полной перекристаллизации на 30 – 50 °С выше температуры линии GSK (Рис. 7.3.) превращения α → γ. В результате нормализации сталь приобретает мелкозернистую и однородную структуру.

Закалка - упрочняющая термическая обработка. Целью закалки является повышение твердости и прочности стали. Повышение твердости и прочности обеспечивается за счет получения структуры мартенсита. Закалка не является окончательной операцией, после нее выполняют отпуск.

Закалка - это нагрев стали до температуры выше фазовых превращений, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение.

В результате закалки из аустенита образуется неустойчивая, метастабильная структура мартенсит. Он представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α- железе. Из-за высокого содержания углерода кристаллическая решетка α- железа сильно искажается. Мартенсит имеет высокую твердость 62 – 65 НRC и повышенную хрупкость.

Отпуск - окончательная операция термической обработки, формирующая свойства металла. Отпуск смягчает действие закалки, снимает или уменьшает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева заготовок до температуры ниже 700 °С, выдержки и последующего сравнительно медленного охлаждении на воздухе.

Дата добавления: 2015-08-27