Термічна обробка металів і сплавів – дуже важливий етап технологічного процесу у виробництві.
Він полягає в тому, що метали і їх сплави піддаються нагріванню до певної температури з метою поліпшення їх властивостей, зміни структури або форми для відповідності визначеним завданням.
Термічна обробка виробляється на спеціальному обладнанні, іменованому термічна піч.
Для точності досягнення температур, нагрівання певних зон та іншого піч оснащують числовим програмним управлінням (ЧПУ).
У статті розглядається технологія термічної обробки металів, її види зі зміною хіміко-термічних властивостей із збереженням поверхні, зі зміною поверхні оброблюваного металу шляхом нанесення різів і отворів, способи і вживане обладнання.
Зміст:
- Види термічної обробки
- Термічне різання
- Киснева різка
- Плазмова різка
- Лазерне різання
Види термічної обробки
З метою зміни хіміко-термічної структури металу і сплаву застосовується термічна обробка всій поверхні листа або заготовки.
Метал або сплав нагрівають до певної температури, при якій змінюються хіміко-технологічні властивості, і піддають повільному охолодженню (найчастіше, швидкість охолодження матеріалу збігається зі швидкістю, з якою остигає піч).
Хіміко-термічна і хіміко-технологічні властивості при цьому не повертаються до вихідних показників.
Термічна обробка буває як попередньої (для підготовки до подальшої обробки), так і остаточною, в ході якої досягається потрібна структура металу.
Застосовуються наступні способи обробки:
- відпалювання;
- старіння;
- загартовування;
- відпустку.
Технологічно відпалювання металу являє собою підігрів до зазначеної температури, утримування цього рівня температури протягом визначеного та уповільненого часу, якому піддається також і сама піч.
Відпал потрібно заготівлях, підданим штампування або гарячої ковки. Він дозволить знизити твердість, зменшити неоднорідність і закінчити підготовку до теплової обробки.
При перевищенні температури нагрівання відбувається перепалювання сплаву, яке є технологічним браком.
Для якісного відпалу важлива правильна швидкість охолодження. Вона підбирається виходячи з необхідних кінцевих технічний умов і марки сталі.
Занадто повільна швидкість зниження температури (одночасно остигають деталь і піч) призводить до утворення локальних розривів сгибаемого листа.
Відео:
І навпаки, занадто швидке охолодження призводить до появи дрібних зерен всередині структури сталі. Твердість стали прямо пропорційна кількості вуглецю в ній.
Тому для нормалізації структури використовують прогрів сталі до температурних показників 700-720С, витримують нетривалий час і допускають вільне охолодження.
Ефективним є ізотермічний відпал з двома етапами зниження температури.
Після нагрівання проводиться поетапне зниження температури – перший етап — до 630С, і подальша витримка при цій температурі, другий етап – охолодження до температури навколишнього середовища.
Поетапне охолодження не тільки сприяє рівномірній структурі зерна стали, але і забезпечує обладнання безперервним циклом завантаження.
Термічне різання
Термічне різання – це процес теплової обробки металевих виробів з метою вирізки заготовок і створення пазів в металі (розрізів).
При незначних енергетичних затратах досягається можливість отримання деталей складної форми, при цьому товщина металевого листа може бути значною.
Для таких робіт застосовуються машини для термічного різання, укомплектовані ЧПУ. Розглянемо види і способи термічної обробки для отримання різів.
По технологічному процесу термічне різання може бути здійснена:
- Окисленням — по контуру реза виріб нагрівається до температури горіння в кисні, після чого спрямованої струменем кисню з допомогою механізмів з ЧПУ виробляють випалювання металу. Залишковий продукт горіння евакуюється з порожнини спрямованої сумішшю кисню і газів, що утворилися при горінні. У виробництві застосовуються такі види різання з допомогою окислення: кисневий і кисневий з додаванням флюсу;
- Плавленням — по контуру нанесення реза вихідну заготовку піддають впливу високої температури, яка більше його точки кипіння, і розплавлений метал евакуюється за формою реза гнітом плазми. Способи плавлення – це плазмова, лазерна та повітряно-дугове різання;
- Змішаним варіантом — при цьому виді термічної обробки застосовуються обидва зазначених вище способу різання.
Способи термічної обробки для різання залежать від виду і марки металу. При газової та плазмової різки застосовується портальна машина.
Сучасна портальна машина конструюється під конкретні завдання. Розглянемо найбільш застосовні види обробки і вживане обладнання з ЧПУ.
Відео:
Киснева різка
Кисневої різкій виробляють розрізання металевої заготовки з будь-якого контуру.
У стартовій області реза заготівля підігрівається до температури плавлення, потім подається концентрований потік нагрітої повітряної суміші (з переважним включенням кисню).
Сплав вигорає по наміченій лінії від потоку кисню, нагрітого до температури плавлення металу. З допомогою кінетичної енергії видаляються отримані оксиди.
У стартовій області концентрована підігріта суміш доставляє до 90% тепла, необхідного для плавлення металу.
Подальше плавлення йде як від виділяється при згорянні тепла, так і від подачі струменя суміші. Якість та безперервність процесу забезпечуються при достатній потужності подається тепла.
Для розрахунку беруть до уваги температуру утворення оксидів і їх плинність.
При низькій теплопровідності заготовки не виникає швидкого теплообміну, що також сприяє безперервності процесу.
Відео:
Кисневої різкій можна провести поділ металу на кілька частин, зняти поверхневий шар або випалити отвори. Для кисневого різання не потрібно пекти або додаткове обладнання.
У продажу представлені мобільні верстати для термічного різання, які дозволяють різати метал киснем в умовах невеликого цеху.
Плазмова різка
При цій термічній обробці розділення металу відбувається за допомогою потоку плазми, яка виходить в результаті подачі під значним тиском газу на електричну дугу, утворену електродами і заготівлею для різу.
Дуга перетворює потік газу в плазмовий рез, температурою до 31000 градусів за Цельсієм. При цьому допустима товщина заготовок для різу коливається від 0,5 см до 10 див.
Для подачі на електричну дугу при різанні чорних металів застосовуються активні гази, а неактивні, такі як водень або азот, використовуються при резе сплаву або кольорового металу.
Найчастіше цей вид різання застосовується на виробничих об’єктах. Обладнання з ЧПУ контролює охолодження форсунок за допомогою рідини або газу.
Відео:
При плазмовому різанні температура поділу металу в 2-6 разів вище, ніж при застосуванні кисню.
Локальний підігрів області реза дозволяє здійснити поділ без деформування та здійснити якісний рез.
Виконувані роботи повністю безпечні зважаючи на відсутність вибухонебезпечних балонів кисню.
Лазерне різання
Лазерний крій заготовок використовують тільки в промислових підприємствах.
Обладнання з ЧПУ дозволяє направляти лазер, і з допомогою програми досягається точність контуру при пропалення наскрізь.
Завдяки ЧПУ крій може бути будь-якої складності. При розкрої лазерним променем поверхню заготовки не піддається деформації, що дає можливість використовувати цю технологію для нетвердих деталей.
Лазерне випромінювання повністю управляється ЧПУ. Технологічне обладнання використовується як в постійному режимі подачі променя, так і імпульсним способом.
Незважаючи на те, що попит на лазерне розрізання заготовок зростає, обладнання залишається досить дорогим.
Цей вид поділу застосовується в разі виконання вимог до високої точності крою, при підготовці незначної кількості деталей одного виду (процес лазерного розрізання буде значно дешевше, ніж виготовлення форми для лиття) або при неможливості використовувати більш прості форми розкрою заліза.
Відео:
Для обробки готується малюнок контуру і переноситься в програму комп’ютера.
Ми розглянули способи теплової обробки металів і сплавів, що застосовуються для поліпшення їх структури і зміни форми.
Зміна властивостей дозволяє адаптувати більш дешеві сплави до складним технологічним завданням.
Здешевлення реза дозволяє знизити собівартість промислової продукції, а збільшення точності розкрою до десятих часток міліметра – випускати деталі для високоточних приладів.