Дәріс. Қысыммен өңдеу алдында металды қыздыру

Металды қысым арқылы өңдеу металдың сыртқы күш әсерінен өзінің пішінін қирамай өзгертіп және сол пішінін сақтап қалатын қасиетіне негізделген. Ол қасиетті иілімділік қасиет деп атайды. Иілімділік деформация металл түйіршіктерінің бір-біріне қатысты ығысу және бұрылу нәтижесінде жүреді. Бұл жағдайда түйіршіктер арасында жаңа шекаралар пайда болады және кристалдар ұсақталады (4.1-сурет). 4.1.6, в-суреттерде 4.1а-суреттегі 5-ші түйіршіктің деформациялануы үлкейтіліп көрсетілген.

Қысым арқылы өңдеуде металдың пішіні өзгеріп, массасы өзгермейді. Таза металдардың ондай қасиеттері жоғары болады. Мысалы, таза мыс пен алюминийдің иілімділік қасиеттері олардың қорытпаларына қарағанда жоғары болады. Болаттың құрамында көміртегі, күкірт, фосфор және никель мен молибденнен басқа легірлеуші элементтердің мөлшері өскен сайын, оның иілімділік қасиеттері төмендейді.

 

4.1-сурет. Металдың иілімділік деформациялану нобайы

 

Металдың құрылымы мен қасиеттеріне қысым арқылы өңдеудің тигізетін әсері. Деформациялаудың температура-жылдамдық жағдайларына байланысты деформация суық және ыстық болып бөлінеді.

Суық деформация нәтижесінде металл түйіршіктерінің пішіні ол тартылатын бағытқа қарай созылады. Суық деформация кезінде металл пішінінің өзгеруі оның механикалық және физикалық-химиялық қасиеттерінің өзгеруіне әкеліп соғады.

Суық иілімділік деформациялау дәрежесі артқан сайын металдың беріктігі артып, иілімділік қасиеті төмендейді. Бұл құбылысты шыңдалу деп атайды.

Суық деформацияның металл құрылымы мен қасиетіне тигізген әсері өзгеріссіз қалады. Оны тек термиялық өңдеу (жасыту) арқылы ғана өзгертуге болады. Жасытудың нәтижесінде қосымша жылу энергиясы әсерінен қатты металдың атомдары фазалық өзгерістерсіз-ақ деформацияланып, созылған түйіршіктердің орнына жаңа түйіршіктер қайта пайда болады.

Деформацияланып созылған түйіршіктердін орнына жаңа кез келген бағытта өлшемдері бірыңғай түйіршіктер пайда болу құбылысын рекристалдану деп атайды. Таза металдар үшін рекристалдану оның абсолютті балқу температурасының 0,4-не тең температурада басталады.

Ыстық деформациялау. Деформациялаудың бұл түрінде деформациялау мен рекристалдану жылдамдықтарының қатынасы дайындаманың барлық көлемінде рекристалдану үрдісінін толық өтуін қамтамасыз ету қажет. Оның нәтижесінде қысыммен өңделген металдың микроқұрылымында шыңдалу іздері болмайды.

Ыстық деформациялаудың қажетті жағдайын қамтамасыз ету үшін, оның деформациялану жылдамдығын арттырумен қатар, дайындаманың қыздыру температурасын (рекристалдану жылдамдығын арттыру үшін) жоғарылату қажет.

Егер деформацияланғаннан соң металл құрылымы бірыңғай рекристалданбаса, ондай деформация толық емес ыстық деформация деп аталады. Толық емес ыстық деформация нәтижесінде металл құрылымы бірыңғай болмайды, механикалық касиеттері мен иілімділік қасиеті нашарлайды.

Ыстық деформация кезінде металдың деформациялануға қарсылығы суық деформациялау мен салыстырғанда, 10... 15 есе төмен болады.Деформациялау күші кемірек болатындықтан, ірі бөлшектер дайындау осы тәсілмен жүргізіледі.

Суық деформациялаумен салыстырғанда, ыстық деформациялау кезінде металдың иілімділік қасиеті жоғары болатындықтан, бұл әдіспен иілімділік қасиеті төмен металдар мен қорытпалар өңделеді. Сонымен бірге ыстық деформациялауда металл беті тотығу нәтижесінде бет қабатының сапасы төмендейді.

Деформациялаудың басы мен аяғынын температурасын әртүрлі металдар үшін арнайы кестелер мен диаграммалар арқылы анықтайды. Аз көміртекті болаттарды қысыммен өңдеу 850....1200°С аралығында, орташа көміртекті болаттарды 820...1150°С, ал жоғары көміртекті болаттарды 800...1050°С аралығында іске асырылады. Айтылған температуралардан жоғары қыздыру аустенит түйіршіктерінің өсуіне әкеліп соғады, ал төмен температураларда металдың иілімділік қасиеті төмен болады.

Қыздыру құрылғылары. Қыздыру құрылғыларының түрлері. Дайындамаларды қысыммен өңдеуден бұрын қыздыруға арналған құрылғыларға қыздыру пештері және электр қыздырғыштары жатады. Қыздыру пештерінде, ірі және орташа дайындамаларды қыздырады. Электр қыздырғыштары ұсақ және орташа дайындамаларды қыздырады.

Пештерде дайындамаларға қызу оттың жалынымен берілмей, тек қана, жоғары температураға дейін қызған отынның толық жанған өнімдері арқылы беріледі. Электр қыздырғыш құрылғыларда электромагниттік өріс әсерінен (индукциялық қыздыру) немесе ток әсерінен (электр түйіспелі қыздыру) металдың өзінде жылу бөлінеді.

Пештердің типтері. Қыздыру пештері жалынды және электрлі болып бөлінеді. Жалынды пештерде жылу газ немесе сұйық (мазут) отындардың жағу арқылы алынады. Электр пештерінде жылу электр энергиясының жылу энергиясына айналуы нәтижесінде пайда болады.

Жұмыс кеңістігінде температураның таралауына қарай пештер екі топқа бөлінеді:

1. Жұмыс кеңістігінде температура бір қалыпты болатын (камералық) пештер.

2. Жұмыс кеңістігінде температура дайындама кіретін жағынан шығатын жағына қарай өсетін (методикалық) пештер.

Камералық пештер. Дайындамаларды пешке (4.2-сурет) терезе (4) арқылы тиеп қызған соң, сол терезеден алып шығады. Жұмыс кеңістігі форсунка немесе оттық (2) арқылы берілетін отынның жану нәтижесінде пайда болған жылудан қызады. Камералық пештердің бірнеше түрін ажыратады. Илемдеу алдында үлкен құймаларды қыздыру үшін, қыздыру құдығы деп аталатын түрін қолданады. Оған дайындаманы кранмен тік түсіреді. Шыбықтардың ұштарын ғана қыздыру қажет болғанда тиеу терезесі саңлау түрінде жасаған пештер қолданылады. Үлкен дайындамаларды тиеу мен шығарып алу операцияларын жеңілдету үшін арнайы тиеу машиналары қолданылады немесе пеш ұлтаны жылжымалы болып жасалады.

Методикалық пештер. Бұл пештердің кеңістігі ұзын болып келеді және температурасы әртүрлі екінемесе үш аймақтан тұрады. Дайындама итергіштің (6) көмегімен пештің бірінші қыздыру аймағына (I) түседі (600°С....800°С), сонан соң ең жоғары температурасы бар қыздыру аймағына (II), барады(1250°С....1350°С). Бұл аймақта оттықтар орналасқан. III-ші аймақ ұстап тұру аймағы, бұл аймақта дайындаманың қимасы бойындағы температура теңеледі. Қызған дайындамалар арнайы терезеден (8) сыртқа шығарылады. Методикалық пештер илемдеу, қалыптау өндірістерінде қолданылады. Жалынды пештерде жылудың көп бөлігі шығатын газдармен кетеді. Бұл жылуды ауа мен отынды қыздыруға пайдалану үшін пештерді регенераторлармен немесе рекуператорлармен жабдықтайды. Регенератордың жұмыс істеу принципі мартен пешінің регенераторларына ұқсас. Рекуператор - арнайы құбырлар, олар жану өнімдерінің жылуымен қызады. Қызған құбырлардың арасымен өткен ауа немесе мазут қызады

Электр қыздыру пештері түсті металдар мен олардың қорытпаларын қыздыруға қолданылады. Өйткені олардың қысыммен өңдеу температурасының интервалы төмен болады. Мысалы дюралюминий үшін ол интервал 380°С....500°С тең, мұндай температураны жалынды пештерде тұрақты күйде ұстап тұру қиын. Кедергі электр пештерінің қабырғаларына электр металдан немесе карборундтан жасалған кедергісі жоғары элементтер орнатылған. Элементтер арқылы электр тоғын жібергенде олар қызып жұмыс кеңістігін қыздырады.

Электр қыздырғыштары. Электрлік түйісу арқылы қыздырғанда дайындаманы трансформатордың екінші орамасының түйіспелеріне қосады. Тоқ дайындама арқылы өткенде оны қажетті температураға дейін қыздырады.

 

4.2-сурет. Дайындама қыздыратын жалынды пештер: а) камералық пештер; ә) методикалық пештер

 

Индукциялық электр қыздырғыштарымен қыздыруда дайындаманы сумен суытылатын мыстан жасалған индуктордың (соленоидтың) ішіне орнатады. Айнымалы электромагниттік өрісте орналасқан дайындамада пайда болған құйынды тоқтар әсерінен ол қызады. Индукциялық қыздыруды пайдалану дайындамаларды қыздыру үрдісін автоматтандыруға мүмкіншілік туғызады.

Ұсынылған әдебиет: Нег. 1 [135-162]