Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (Третьяков Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов), страница 11

Размер частиц наплавляемого материала существенно влияетна структуру и свойства покрытия. С увеличением размера частицповышаются плотность и однородность покрытия. Частицы размером менее 10 мкм становятся непригодными для напыления на53воздухе, так как они не достигают поверхности изделия, посколькуувлекаются потоком газа, обтекающим изделие.Различные способы газотермического напыления применяютдля получения коррозионно-стойких, износостойких, жаростойкихи др.

покрытий из алюминия, цинка, сталей, карбидов вольфрама,керамики, бронзы и др. Размеры и форма изделий при этом методене ограничены, а толщина покрытия может составлять от 0,1 до2 мм. Для получения прочного соединения покрытия с поверхностью заготовки необходима ее специальная подготовка. Перед нанесением металла толщиной до 1 мм поверхность обдувают корундом для очищения, придания необходимой шероховатости иактивации. Если напыляют более толстые слои, то шероховатостьобеспечивают черновым точением или фрезерованием канавок типа «ласточкин хвост».Преимуществом газотермического нанесения покрытий является возможность применения широкого спектра материалов ипроведение процесса как в атмосфере, так и защитных камерах.Недостатками являются высокая стоимость процесса, относительно низкая производительность, высокий уровень шума.

Нанесениепокрытий в жидкой среде осуществляют также погружением врасплавленные среды, электролитическим осаждением металлов ихимической обработкой (нанесение покрытий и поверхностноелегирование).5.5. Электроэрозионная и электрохимическаяобработка заготовокПри обработке этими методами силовое воздействие инструмента на заготовку практически отсутствует, поэтому погрешности формы и размеров изделия ниже, чем при механической обработке резанием. Электрофизические и электрохимические процессы предназначены в основном для обработки изделий из оченьтвердых, вязких и хрупких материалов.Наиболее широкое применение получила электроэрозионнаяобработка (ЭЭО), заключающаяся в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхностей заготовок в результате электрической эрозии.

Под воздействием высоких температур в зоне разряда происходит нагрев, расплавление и частичное испарение металла. Процесс ЭЭО происходит в рабочейжидкости, которая заполняет пространство между электродами.При этом один электрод – заготовка, а другой – инструмент.54Под воздействием сил, возникающих в канале разряда, жидкийи парообразный металл выбрасывается из зоны разряда в рабочую жидкость и застывает в ней с образованием гранулдиаметром 0,01…0,005 мм (рис.

5.5).Рис. 5.5. Схема процесса ЭЭО:1 – генератор импульсов; 2 – заготовка;3 – электрод-инструмент; 4 – каплирасплавленного металла; 5 – эрозионнаялунка; 6 – плазменный канал разряда;7 – газовый пузырь; 8 – рабочая жидкостьЭлектрохимическая обработка основана на законах электрохимии. По используемым процессам различают анодную и катоднуюобработку, а по технологическим возможностям – размерную иповерхностную.

Анодно-механическая обработка основана на сочетании электротермических и электромеханических процессов.Обрабатываемую заготовку подключают к аноду, а инструмент – ккатоду, в качестве которого используют металлические диски,ленту и проволоку. Обработку ведут в электролите, а заготовке иинструменту задают такие же движения, как и при обычных процессах механической обработки резанием.Вопросы для самоконтроля1. Назовите основные фазы кристаллизации жидкого металла исформулируйте причины возникновения дефектов в отливках исварных швах.2. Какие мероприятия способствуют уменьшению вероятности образования дефектов при кристаллизации отливок и сварных швов?3. Назовите основные причины возникновения холодных и горячих трещин в отливках и сварных швах.

Какие мероприятияспособствуют снижению вероятности образования трещин?4. Какие причины вызывают наличие газовой пористости в отливках и сварных швах? Назовите мероприятия, способствующиеснижению газовой пористости в изделиях.555. Перечислите основные технологические процессы нанесенияпокрытий на поверхности заготовок в жидком состоянии.6. Какие методы получения заготовок обеспечивают получениедеталей с литой макроструктурой? Назовите основные преимущества и недостатки заготовок с литой макроструктурой.7.

В чем заключается отличие газотермического осаждения материала на поверхность заготовки от парогазового осаждения инаплавки?8. Какова физическая сущность элекроэррозионного и электрохимического методов обработки заготовок?56Лекция № 6. ПОЛУЧЕНИЕ ЗАГОТОВОКИ ИХ ОБРАБОТКА В ТВЕРДОЙ ФАЗЕВ этой лекции приведены общие закономерности технологических процессов обработки заготовок давлением и резанием. Рассмотрено формирование сварных соединений в твердой фазе иформообразование изделий, получаемых методами порошковойметаллургии.6.1. Пластическая деформация заготовокТехнологические процессы обработки давлением, механической обработки резанием, сварки давлением (в твердом состоянии)и порошковой металлургии применяют с целью получения и обработки заготовок.

Для их осуществления необходимо приложениетермической, механической энергии и их сочетаний, которые приводят к изменению структуры, свойств и размеров изделий.Обработка давлением основана на пластической деформации заготовки без ее разрушения и нарушения сплошности. В процессе резания происходит разрушение заготовки с разделением ее на части. Втрадиционном понимании механической обработки (точение, фрезерование, сверление и др.) эти части не равны. Меньшая часть представляет собой стружку, бóльшая – обрабатываемую заготовку.При разделительных технологических операциях обработкидавлением, таких как вырубка, пробивка отверстий и разрезка наножницах, разрушение заготовки сопровождается ее разделениемна части, соизмеримые по размерам друг с другом.

Если при пробивке отверстий отход материала можно условно назвать стружкой, то при разрезке листа ножницами на две равные части понятие «стружка» теряет всякий смысл.Исторически сложилось так, что механическая обработка заготовок резанием и обработка давлением в основном различаютсяиспользуемым оборудованием. Установить четкую грань междуобработкой резанием и давлением достаточно сложно, посколькудля их осуществления необходима пластическая деформация заго57товки.

При этом в процессе резания заготовок и в условиях разделительных операций обработки давлением эти деформации всегдадоведены до разрушения.Сварка в твердом состоянии и изготовление заготовок методами порошковой металлургии обеспечивают получение требуемыхсвойств и заданной конфигурации изделий в результате образования межатомных или межмолекулярных связей на границе соединяемых элементов. При этом термическая обработка заготовок,сопровождающая процессы горячей обработки давлением, сваркис использованием тепловой энергии и спекания порошков, оказывает существенное влияние на изменение их свойств.В результате пластической деформации при получении заготовок и их обработке в твердом состоянии изменяются исходнаяструктура и свойства.

Кроме того, наличие в изделии механических надрезов, трещин, внутренних дефектов, сквозных отверстий,резких переходов от толстого сечения к тонкому приводит к неравномерному распределению напряжений.Так как напряжения образуются в результате разных причин,различают временные напряжения, обусловленные действиемвнешней нагрузки и исчезающие после ее снятия, и остаточныенапряжения, возникающие и уравновешивающиеся в заготовкахпосле пластической деформации.Остаточные напряжения возникают в заготовках при быстромнагреве или охлаждении в процессе сварки, обработки давлениеми резанием вследствие неоднородного расширения (сжатия) различных слоев и зон изделия. Эти напряжения называют тепловыми, или термическими.

Кроме того, вследствие неоднородногопротекания фазовых превращений по объему заготовки возникаютфазовые или структурные напряжения.При возрастании касательных напряжений выше определенныхзначений деформация становится необратимой. При снятии нагрузки устраняется лишь упругая составляющая деформации. Припластической деформации необратимо изменяется структура металла и, следовательно, его свойства.6.2.

Механизм деформации монокристаллаи поликристаллического телаОсновной механизм пластической деформации монокристалла– сдвигово-дислокационный. Под действием касательных напряжений происходит сдвиг одной части кристалла относительно дру58гой по кристаллографическим плоскостям, наиболее плотно упакованным атомами.Начальную стадию I (рис.

6.1) пластического деформирования монокристалла называют стадией легкого скольжения. Дислокации на этой стадии перемещаются на большие расстояния,обеспечивая деформацию без значительного роста действующихнапряжений.Рис. 6.1. Диаграмма деформированиямонокристалла:I – стадия легкого скольжения;II – стадия множественного скольжения;III – стадия динамического разупрочненияС ростом деформации скольжение распространяется на другиесистемы и возникает множественное скольжение. На стадии II(см.

рис. 6.1) дислокации перемещаются в пересекающихся плоскостях, образуя сложную дислокационную структуру. На этой стадии плотность дислокаций возрастает по сравнению с исходнымсостоянием, достигая значений 1011…1012 см2. Вследствие упругого взаимодействия между дислокациями сопротивление движениюзначительно возрастает, поэтому для их продвижения требуетсязначительное увеличение действующих напряжений.Третья стадия III (см.

рис. 6.1) наступает в том случае, когдапроисходит так называемый динамический возврат, который приводит к уменьшению деформационного упрочнения.При деформировании поликристаллического тела отсутствуетстадия легкого скольжения, деформация зерен начинается сразу понескольким системам скольжения. С ростом степени деформации εзерна постепенно вытягиваются в направлении пластическоготечения (рис. 6.2, а–в), а внутри зерен повышается плотность дефектов. При значительных деформациях образуется волокнистаямикроструктура (рис.

6.2, г). Одновременно с изменением формызерен происходит деформация неметаллических включений, которые расположены по границам зерен.59абвгРис. 6.2. Изменение микроструктурыполикристаллического металла при деформации:а – ε = 0 % (исходное состояние); б – ε = 1 %; в – ε = 40 %; г – ε = 80…90 %С увеличением деформации поликристаллического тела притемпературе Т < (0,15…0,2)Тпл, где Тпл – температура плавления, K,сопротивление деформации повышается, а пластичность уменьшается. Это явление получило название наклепа, или упрочнения.