1 Механическая смесь. 2 Твердый раствор. 3 Химическое соединение.

Механическая смесь образуется при затвердевании веществ, как с одинаковыми, так и с разными кристаллическими решетками. При этом кристаллы каждого элемента полностью сохраняют свои свойства.

Твердый раствор характеризуется Образованием общей кристаллической решетки, атомами растворителя и растворимого элементов. При этом атомы растворенного элемента или замещают атомы растворителя, или внедряются в его кристаллическую решетку.

Химическое соединение - в процессе кристаллизации образуется новая кристаллическая решетка, приобретаются новые свойства.

В горелках прямого действия для дугой одним из электродов служит (рис. 3,24, а). В этом случа<

ктроэнергии, достигает 60-80 %.

В горелках косвенного действия для

©

КПД таких ^горелок О *

ронов) для получения:

а ~ плазменной дуги; б, в - плазменной струи; / - электрод; 2 - канал; 3 - охлаждающая вода; 4 - столб дуги; 5 - сопло; 6 - плазменная струя; 7 - источник тока

ходах газа) достигают 50-70 %. Часть энергии дуги расходуется на нагрев электродов разряда, а также рассеивается в окружающее про­странство вследствие лучистого и конвективного теплообмена.

Состав плазмообразующего газа (аргон, гелий, азот и пр.) выби­рают в зависимости от требований, предъявляемых к процессу. Электроды изготавливают обычно из меди и вольфрама. Стенки ка­меры защищены от теплового воздействия дуги слоем сравнительно холодного газа.

Основными параметрами регулирования тепловых характерис­тик плазменной струи являются сила тока и длина дуги, а также расход плазмообразующего газа. Увеличение силы тока и длины дуги приводит к возрастанию температуры струи; с повышением расхода п л аз м о о б р а зу ю щс го газа при больших его значениях снижается среднемассовая температура струи.

Применение плазменной сварки. Исследования в области плазменных технологий как в нашей стране, так и за рубе­жом были направлены на решение проблем авиа- и ракетостроения, электроники, ядерной энергетики, криогенной техники. Основное внимание уделялось улучшению качества сварки изделий из алюми­ния, коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов и титана в боль­шом диапазоне толщин, различных типов соединений. В конце 1960-х гг. сварка проникающей плазменной дугой переменного тока

g M

-з-

ф й

в СССР в

доставки конструкций международной

США

отводят большую роль и при 1989 г. НАСА (NASA)

Преимущества плазменной сварк

дуги. При этом

дугой (сила тока 0,1-15 А) 0,025-0,8 мм из углеродистой и

По

®

• изменение длины микроплазменной дуги оказывает значитель­но меньшее влияние на качество сварного соединения деталей ма­лых толщин;

-дежурная плазменная дуга уверенно зажигается при силе тока менее 1 А;

• облегчается доступ к объекту сварки и улучшается зрительный обзор рабочего пространства (при ~ 15 А длина дуги достигает 10 мм).

Наиболее часто встречающиеся типы соединений при микроплаз­менной сварке - соединения с о го о ртов кой.

Микроплазменная сварка находит широкое применение в радио­электронике и приборостроении для сварки тонких листов и фоль­ги. В авиационной промышленности с помощью микроплазменной сварки изготавливают детали толщиной 0,1-0,5 мм типа сильфо- нов, тонкостенных трубопроводов, деталей приборов из легирован­ных сталей, алюминиевых сплавов, тугоплавких металлов. В после­днее время микроплазменная сварка широко применяется в произ­водстве и ремонте деталей электроники и космонавтики, измеритель­ных инструментов, часов, ювелирных изделий, металлических филь­тров, термопар и тонкостенных трубок, зубопротезировании.

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА

Плазменная резка Основана па расплавлении металла в зоне реза и сю последующем выдувании по i оком плазмы, гак как сжатая дуга с высокой концентрацией anepi нп создаез специфическую, «кинжальную» форму проплавления с малой шириной и большой iлубиной при увеличении расхода плазмообразуюшего газа, особенно, с гангенцнальной закруз кон газа. Сжатие и стабилизация дуг и в плазмотроне производятся потоком i аза. проходящею совместно со столбом дуги

№ 27 Термообработка

2

выдерживание

pa

<L>

о.

s

а х

1. Нагрев должен вестись так, чтобы изделие прогревалось равномерно, а температура была постоянной. Главное при этом - не допустить перегрева.

Температура нагрева зависит от химического состава металла или марки стали и вида термической обработки. Скорость нагрева зависит также от химического состава, формы и толщины металла. Чем выше содержание углерода, больше толщина и сложнее форма изделия, тем медленнее должен происходить нагрев.

2. Выдержка при заданной температуре способствует равномерному прогреву деталей по всей их площади и завершает структурные и фазовые превращения в них.

Продолжительность выдержки зависит от температуры нагрева и толщины металла. Чем выше температура, тем меньше выдержка. Чем толще металл, тем дольше выдержка.

Слишком большой нагрев или слишком длительная выдержка ведут к перегреву металла, и еще более ухудшают структуру сварных соединений. Если перегрев сопровождается активными окислительными процессами или ведется в окислительной среде, то это приводит к пережогу металла. Пережженную сталь исправить нельзя.

Неравномерный нагрев и охлаждение, неправильное ведение процесса часто приводит к возникновению деформации, трещин, переходных структур.

В настоящее время для различных целей применяют следующие виды термической обработки:

• отжиг;

• нормализация;

• закалка;

• отпуск.

Отжиг

Нагрев деталей до определенной температуры (температура зависит от целей отжига), выдержка при этой температуре и медленное охлаждение, как правило, вместе с печью.

В результате отжига получают мелкозернистую структуру стали, то есть восстанавливают пластичность металла, понижают твердость металла для улучшения его обрабатываемости (механической), снимают внутреннее остаточное сварочное напряжение и устраняют деформации (наклёп - местное изменение свойств металла после холодной обработки металла давлением).

Отжиг, в зависимости от температуры нагрева и охлаждения, дели гея на:

• полный;

• изотермический (неполный);

• диффузионный;

• низкий (рекристаллизациониый).

Полный отжиг применяют, главным образом, для изменения зерна деталей из углеродистой и низколегированной стали. Изделие нагревают до температуры на плюс

(30-50) °C выше линии АК, выдерживают при этой температуре и охлаждают вместе с печью. Изделия из заэвтектной стали этому виду отжига не подвергают, так как механические свойства от этого ухудшаются.

Изотермический отжиг применяют в основном для доэвтектной стали, доэвтектная сталь этому отжигу не подвергается, так как их структура и свойства ухудшаются. Для инструментальной стали этот вид отжига является единственным. Он способствует снятию остаточных напряжений и улучшает механическую обрабатываемость стали. При этом отжиге детали нагревают до температуры на плюс (30-40) °С выше линий АК, выдерживают при этой температуре и охлаждают так же, как при полном отжиге.

Для легированных сталей применяют как полный, так и неполный отжиг с тем отличием, что после выдержки ее быстро охлаждают до температуры на (30-100) °С ниже линии АК (АС). После этого делают небольшую выдержку и дальше - естественное охлаждение на воздухе.

Диффузионный отжиг применяют для выравнивания химического состава. Выравнивание состава достигается диффузией углерода и других примесей в твердое состояние, а также самодиффузией железа. В результате сталь становится однородной по составу. При этом отжиге сталь нагревают до температуры (1100-1200) °С, выдерживают при этой температуре 8-15 час. и медленно охлаждают вместе с печью.

Низкий (рекристаллизационный) отжиг позволяет снять внутренние напряжения, З'лучшает обрабатываемость и снимает наклеп с изделий, подвергшихся штамповке или прокату. Изделие нагревают до температуры на (30-50) °С ниже линии АК (АС), выдерживают при этой температуре и охлаждают вместе с печью.

Нормализация

Процесс термической обработки, при котором детали нагревают до определенной температуры (на плюс (30-50)°С выше ВСД), выдерживают при этой температуре и охлаждают на воздухе.

В результате нормализации углеродистая сталь приобретает мелкозернистую равномерную структуру, имеет более высокую прочность и твердость. Кроме того нормализация применяется для снятия внутреннего напряжения, исправления структуры перегретой стали.

Для легированной стали не применяют.

Закалка

Процесс термической обработки, при котором изделие нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и быстро охлаждают.

Изделия из доэвтектной стали нагревают до температуры на (30-50) °С выше линии ВС, а изделия из заэвтектной стали - на (30-50) °С выше линии АК.

В среднем температура нагрева колеблется от 750 до 1000 °С. В качестве закалочной среды используют воду, минеральные масла, 10% раствор NaOH, расплавленные соли и щелочи. На качество закалки большое влияние оказывает скорость охлаждения, которая зависит от вида закаливающей среды. При этом нужно различать закаливаемость и прокаливаемость сталей.

Чем больше углерода в стали, тем выше ее закаливаемость. Стали с содержанием углерода 0,3% почти не закаливаются. Прокаливаемость характеризует способность стали закаливаться на определенную глубину.

Закалка повышает твердость и износостойкость инструментальной стали и увеличивает прочность и упругость конструкционной стали.

Прочность - сопротивление металла деформации и разрушению.

Упругость - способность материала восстанавливать форму и объем после прекращения действия внешних сил.

Пластичность - способность материала под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, форму и размеры, и сохранять остаточные деформации после устранении этих внешних сил.

Твердость - способность конструкции сопротивляться деформации при внедрении в нее более твердого тела.

Ударная вязкость - способность материала сопротивляться действию мгновенно возрастающих ударных нагрузок, не разрушаясь.

Истираемость - способность материала изнашиваться под влиянием сил трения.

Отпуск

Охлаждение бывает быстрое или медленное, как в воде, минеральной масле, так и на воздухе. Отпуску подвергают только закаленные стали с целью понижения внутреннего напряжения, уменьшению закалочной хрупкости и получения требуемой структуры и механических свойств.

В зависимости от температуры нагрева различат:

• низкий отпуск;

• средний отпуск;

• высокий отпуск.

Низкий отпуск - при нагреве до температуре плюс (150-300) °С. При этом снижается внутреннее напряжение и хрупкость, а твердость и износостойкость остаются без изменения. Применяют для тех сталей, которым нужна высокая твердость (в основном, режущий инструмент из инструментальной стали - сверла, резцы и т.д.).

Средний отпуск - при нагреве до температуры плюс (350-450) °С. Подвергают изделия, работающие при знако-переменных нагрузках. При несколько пониженной твердости сталь приобретает более высокую упругость и прочность.

Высокий отпуск - при нагреве до температуры плюс (500-680) °С. Дает еще более низкую твердость, но при этом резко повышает ударную вязкость и пластичность, то есть улучшает механические характеристики стали. Кроме того, почти полностью устраняет внутренние напряжения. Поэтому обработка стали «закалка + высокий отпуск» называют улучшением стали. Обычно этому виду отпуска подвергают ереднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали, предназначенные для изготовления сварных конструкций и деталей машин, испытывающих при эксплуатации ударные и вибрационные нагрузки.

\ J № 31 Мероприятия по уменьшению напряжений и деформаций

Условно весь комплекс мероприятий по уменьшению напряжений и деформаций можно разделить на:

1. группа - мероприятия, направленные на предотвращение возможности появления напряжений и деформаций или уменьшение их влияния на сварную конструкцию (при подготовке и выполнению сварочных работ).

2. группа - мероприятия, обеспечивающие последующее исправление деформаций и снятие остаточных напряжений (после сварки).

1 группа

Для снижения напряжения и деформаций применяют конструктивные и технологические способы.

1. Конструктивные способы: