- •Содержание
- •1. Пояснительная записка
- •2. Содержание разделов курса
- •3. Опорный конспект лекций
- •3.1. Термическая обработка стали
- •Характеристика превращений переохлажденного аустенита
- •Характеристики структур
- •Критический диаметр прокаливаемости улучшаемых сталей
- •3.2. Химико-термическая обработка стали
- •Химический состав некоторых сталей, %, для цементации
- •3.3. Термическая обработка чугунов
- •Механические свойства вчшг после термической обработки
- •3.4. Термическая обработка алюминиевых сплавов
- •3.5. Термическая обработка титановых сплавов
- •Химический состав некоторых титановых сплавов
- •3.6. Термомеханическая обработка
- •3.7. Механикотермическая обработка
- •3.8. Лазерное термоупрочнение
- •Способы поверхностного упрочнения деталей машин
- •3.9. Электроимпульсные технологии обработки материалов
- •Электроимпульсные процессы
- •Параметры сэто инструментальных сталей
- •3.10. Технологии обработки неметаллических материалов Технология изготовления и тепловая обработка деталей из конструкционных пластмасс
- •Технология изготовления изделий из термопластов
- •Режимы формования термопластов
- •Технология изготовления термореактивных полимеров из прессовочных масс
- •Время подогрева таблеток в термошкафу при температуре 130…150 0с
- •Режимы формования прессовочных масс
- •Технология производства и тепловая обработка изделий из силикатного стекла
- •Пример состава шихты для получения листового полированного стекла флоат-способом
- •Получение стеклокристаллических материалов и изделий
- •Изготовление и тепловая обработка технической керамики
- •Технология изготовления изделий из углеродных и графитовых материалов
- •3.11. Технические расчеты при термической обработке
- •Примеры технических расчетов
- •Примеры расчетов технологического оборудования
- •Средняя производительность печей и печей-ванн
- •Средние нормы удельной производительности электрических и плазменных печей
- •Ориентировочные нормы удельного расхода вспомогательных материалов
- •Ориентировочные нормы удельных расходов энергоносителей
- •Нормы расхода вспомогательных технологических материалов для термической обработки изделий
- •Загрузочная ведомость
- •Сводная ведомость состава оборудования проектируемого цеха
- •Сводная ведомость потребного количества и стоимости различных видов технологической энергии
- •3.12. Планировка участков термической обработки Термическая обработка поковок автомобиля
- •Планировки производства листового полированного и закаленного стекла Производство полированного стекла
- •Производство автомобильного закаленного гнутого листового стекла
- •4. Описание практических занятий
- •5. Практические занятия и примеры выполнения
- •6. Варианты для практических занятий
- •7. Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Глоссарий
- •Библиографический список
3.9. Электроимпульсные технологии обработки материалов
Электроимпульсные процессы (ЭПМ) – это процессы, связанные с протеканием электрического тока через изделие при его обработке без процесса расплавления металла. В металлургии применяются следующие электро-физические процессы: индукционный разогрев изделий при термической обработке; электроконтактный разогрев; обработка электрическим импульсным разрядом; электростимулированное деформирование; электроспекание метал-лических порошков и др.
Согласно современным представлениям, электрический ток в металле при определенных частотах и плотности может взаимодействовать с вакансиями и дислокациями, диэлектрическими включениями, полупроводниковыми фазами. Все это позволяет разрабатывать новые процессы в технике за счет уникального изменения структуры обрабатываемого металлического изделия. Использование скоростного электроконтактного нагрева позволяет получать мелкое аустенитное зерно и повышать температуру термической обработки сталей. Применение электроспекания металлических порошковых материалов необходимо для псевдосплавов, которые невозможно изготавливать традиционными методами.
Наибольшее применение в практике находят скоростные процессы: скоростной нагрев током; импульсная обработка; электроспекание; электро-деформирование. Процессы отличаются экологичностью, высокой технической производительностью.
Классификация ЭПМ показана в табл. 7. Их классифицируют по виду подводимого электрического тока на постоянный, импульсный, переменный; по плотности тока; величине электрического тока; частоте тока; температуре процесса и виду механического напряжения - без или с деформацией; типу физического эффекта, реализуемого в способе.
Таблица 7
Электроимпульсные процессы
Способ |
Плотность тока, А/м2 |
Напря- жение, В |
Частота тока, Гц |
t,С |
Характеристика |
Электроотпуск |
103 |
10…380 |
пост. и до 400 |
200…600 |
Эффект Садовского |
Электроконтакт- ный разогрев под закалку |
103 |
10…380 |
пост. и до 400 |
750…1300 |
А-М, мелкое зерно в сравне-нии с печным нагревом, ско-рость разогрева до 20 град/с |
Нагрев ТВЧ |
103 |
600 |
до 8000 |
750…1300 |
тоже, скорость разогрева до 50 град/с |
Электроразряд- ная обработка поверхности |
106…109 |
6000 |
до 8000 |
750…1300 |
скорость разогрева до 350 град/с, тонкий поверх-ностный упрочненный слой |
Импульсная обработка про- теканием тока |
106…109 |
380 |
до 8000 |
до 400 по стали |
Залечивание поверхностных микротрещин в деталях, ско-рость разогрева до 50 град/с |
Электроразряд- ное спекание порошков |
103…106 |
6000 |
200 |
до 1500 по Fe |
Ступенчатое прессование для образования расплавленного контакта между частицами |
Электроимпуль- сное спекание порошков |
106…109 |
до 20 |
25…50 |
до 1500 по Fe |
Электропластические эффекты на контактах частиц при пос-тоянно растущем механичес-ком давлении |
Электроимпуль- сная легирован- ная деформация металлов |
106…109 |
до 20 |
до 800 |
до 400 |
Эффект электропластичности металлов при пропускании то-ка высокой плотности и одно-временной деформации свыше 5 % |
Электроимпуль- сный нагрев под закалку |
106…109 |
до 20 |
25…50 |
до 1500 по стали |
Скорости нагрева свыше 250 град/с, резкое повышение температуры Ас3, сквозное прохождение линий электри-ческого тока, залечивание вну-тренних и поверхностных мик-ротрещин, мелкое зерно |
В свою очередь, каждый способ имеет свои отличительные особенности, например, известно более двадцати патентов на электротермическую обработку, которую используют при изготовлении изделий металлургии от болтов и шпилек, рессор и пружин до листов, валов, осей и канатной проволоки.
Методом ЭИС при прокатке получены экспериментальные ленточные материалы на основе порошков железа, коррозионностойких сталей, композиционных материалов (рис. 38).
Рис. 38. Влияние пористости П (а) и содержания диэлектрической фазы В
на свойства ЭИС материалов:
1 – ЭИС процесс; 2 – обычное формование; А – зона вырождения обычного
холодного процесса
Рис. 39. Внешний вид элемента ЛУМ, плакированного никелем, из порошка Нибон-20:
а – внешний вид ленты; б – торцевой срез уплотнительной плакированной ленты
В условиях формования при прессовании при низких давлениях (100 МПа) и одновременном пропускании через прессовку из порошка Нибон- 20 тока высокой плотности был получен уплотнительный порошковый материал с пористостью всего 3 %.
Порошок прокатывали на установке ЭИС в валках диаметром 0,2 м и шириной 0,02 м с наложением на очаг формования тока высокой плотности. Готовые ленты соответствовали по свойствам прокату, прошедшему спекание в печах при температуре 900 С. Полученные ленты разрезали и укладывали в пакеты из фольги никеля НП-2 толщиной 0,3 мм. Полученную сборку подвергали горячей прокатке на установке конструкции НГТУ при температуре 850 °С и степени деформации 20…25 %. Внешний вид плакированных никелем уплотнительных материалов показан на рис. 39. По физико-механическим свойствам полученный материал удовлетворяет требованиям к уплотнительным элементам газотурбинных двигателей. Достоинством такого материала является высокое содержание неформующейся фазы (нитрида бора), которая в ЛУМ достигает 80 % объемных. Электромеханическая обработка (ЭМО) основана на термическом воздействии электрического тока и силовом нагружении поверхности изделий. Она существенно изменяет физико-механические показатели поверхностного слоя деталей и позволяет резко повысить их износостойкость, предел выносливости и другие эксплуатационные характеристики деталей. Применение ЭМО нашла в ремонте и восстановлении изделий, в обработке поверхности машиностроительных конструкций. Процесс ЭМО имеет две разновидности: электромеханическое сглаживание (ЭМС) и электромеханическая высадка металла (ЭМВ). Высадка является основной операцией электромеханического способа восстановления деталей. Электроме-ханическое сглаживание сопровождается упрочнением поверхностного слоя, поэтому его называют электромеханическим упрочнением (ЭМУ). По существу, ЭМУ есть следствие ЭМС.
Электромеханическое упрочнение заключается в том, что в процессе обработки через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего выступающие шероховатости поверхности подвергаются сильному нагреву, под давлением инструмента деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой металла упрочняется. Особенностью ЭМУ является то, что поверхностный слой подвергается многократным термомеханическим воздействиям в зависимости от числа рабочих ходов инструмента ЭМО.
Структурообразование поверхностного слоя зави-сит в основном от соотношения параметров режима процесса ЭМУ. Характерная структура стали 45 после ЭМС показана на рис. 40. Структура светлой зоны поверхностного слоя является результатом фазового превращения при нагреве в ЭМС свыше Ас3. Глубина зоны 230 мкм. Микротвердость верхнего слоя HV = 7400 МПа, нижнего - 2000 МПа. В зоне перехода светлой структуры к исходной существенных следов пластической деформации не наблюдается. Это свидетельствует о том, что высокая температура переходной зоны привела к разупрочнению. Светлая зона представляет собой мелкодисперсный мартенсит. Ближе к границе перехода от светлой зоны к исходной
Рис. 40. Структура упроч- структуре располагаются более светлые пятна понижен-
ненного слоя стали 45 ной твердости, которые представляют собой нераст-
после ЭМС. х120 ворившийся наклепанный феррит. Темная зона поверх-
ностного слоя с прожилками, образуемая при наложе-нии токов низкой частоты, имеет весьма мелкодисперсную структуру, полученную в результате пластического деформирования металла в состоянии нагрева, когда температура недостаточно высока для фазового превращения. Поверхностный слой структуры характеризуется состоянием горячего наклепа. Об этом свидетельствует тонкая светлая полоска у самой поверхности. Здесь переходная зона имеет вид завихренных зерен металла. Средняя микротвердость темной зоны поверхностного слоя с прожилками составляет HV= 2900 МПа.
Скоростная электротермическая обработка (СЭТО) относится к электро-физическим методам упрочнения металлических материалов, в частности сталей (табл. 8). При СЭТО возникают физические эффекты, обусловленные протеканием электрического тока и действием электромагнитного поля.
Таблица 8