1.2 Обробка металів тиском

Формоутворення за допомогою обробки металів тиском, засновано на здатності металевих заготівок змінювати свою форму без руйнування під дією зовнішніх сил. Обробка тиском – один із прогресивних, економічних та високопродуктивних способів виробництва заготівок у машино- і приладобудуванні. Майже 90% відсотків усієї сталі, що виплавляється, і 60% кольорових металів та сплавів піддають тим. Чи іншим видам обробки тиском: прокату, пресуванню, волочінню, штампуванню тощо. Обробкою тиском можуть бути отримані заготовки чи деталі з сплавів, які володіють пластичними якостями, тобто можуть деформуватися без руйнування під дією зовнішніх сил. Порушення суцільності складу заготівки, що деформується, є недопустимим і призводить до браку.

Сутність процесу обробки тиском заключається у тому, що при пластичному деформуванні сплавів потрібна форма заготівок досягається шляхом переміщення часструм металу у нове положення за умови їх стійкої рівноваги. При цьому початкова маса металу, який піддівався формозміненню, залишається постійною. Так як процес деформування відбувається з неодмінним застосуванням сил, які мають розтягуючу або стискуючу дію, то щільність сплаву при цьому дещо змінюється (як правило збільшується). При деформації усуваються нещільності, які виникли у сплаві в процесі затвердіння із рідкої фази. За необхідності отримати більшу величину деформації її проводять за кілька операцій. При подальшому деформуванні, а також при деформуванні металу після прокату зміна щільності є незначною.

При всьому різноманітті умов обробки тиском на різних дільницях тіла, що деформують можуть виникати такі схеми головних напружень:

• чотири об’ємних;

• три пласких;

• два лінійних.

При кожному виді обробки тиском одна із вищезазначених схем є переважною.

У простій, монокристалічній структурі заготівок пластична деформація відбувається під дією дотичних напружень, які викликають ковзання атомарних площин відносно друг друга, тобто відбувається явище зсуву. Іншим процесом, який відбувається при пластичній деформації таких заготівок є, так зване, „двійникування” або двійниковий зсув. Це явище найчастіше зустрічається у металах та сплавах, які мають гексагональну чи об’ємно центровану кубічну решітку. На відміну від звичайного, двійників зсув відбувається тільки один раз і не призводить до значних пластичних деформацій.

Процеси, які відбуваються при деформуванні заготівок із полікристалічною структурою, в яких кристаліти розділені межами і мають площини ковзання, нарізно орієнтовані у просторі, значно більш складні, так як у полікристалічному тілі деформація одного узятого зерна практично неможлива. В результаті цього, структура металічного сплаву із полікристалічною структурою, який піддавали значним пластичним деформаціям, характеризується зернами витягнутої форми, орієнтованими за напрямком інтенсивного руху металу.

1.3 Зварювання. Ознайомлення з технологією зварювання металів. Основні види електроерозійного та дифузійного зварювання, сутність і галузі застосування

Зварюванням називають процес отримання невід’ємних поєднань за допомогою створення міжатомних зв’язків між частинами, що поєднуються, при їх місцевому нагріванні та (або) сумісному пластичному деформуванні. Поєднання металів при зварюванні досягається за рахунок виникнення атомно-молекулярних зв’язків між елементарними частками поверхонь деталей, які поєднуються. Зближенню поверхонь заважають мікро нерівності, забруднення у вигляді оксидів, органічних плівок та адсорбованих газів. Тому для встановлення безперервного структурного зв’язку між елементарними частками деталей, які поєднуються, необхідним є вплив нагріву і тиску або тільки тиску.

Процес зварювання – це комплекс кількох теплових та металургійних процесів, що відбуваються одночасно, основними з яких є: тепловий вплив на метал на порядшовних дільницях, плавлення шву і кристалізація металу у зоні сплавлення. Тепловий вплив на сплав на порядшовних дільницях і процес плавлення визначаються способами зварювання, його режимами.

Зварюваність – це технологічна характеристика металу, яка визначає його придатність до утворення зварного поєднання. Вона буває двох видів: технологічна зварюваність (визначається для окремого сплаву способами і режимами зварювання) і фізична зварюваність (визначається процесами, що відбуваються у зоні сплавлення металів). Сплави, що зварюються, можуть мати однакові і різні хімічні склади і властивості. У першому випадку це однорідні за хімічним складом і властивостями сплави, а у другому – різнорідні. Взаємне розчинення і утворення зварного шву відбуваються при розплавленні однорідних металів та їх сплавів (сталі, міді тощо). Усі однорідні метали мають фізичну зварюваність.

Більш складним є поєднання різнорідних металів. Це пояснюється різністю їх фізичних та хімічних властивостей, а також атомної будови. Властивості різнорідних сплавів інколи не забезпечують протікання необхідних для зварювання фізико-хімічних процесів, тому ці метали не мають фізичної зварюваності.

В залежності від способів, що застосовуються для усунення причин, як і заважають отриманню тривкого поєднання, усі види зварювання (їх близько 70) підрозділяють натри основні групи:

1. Зварювання плавленням (зварювання у рідкому стані).

2. Зварювання плавленням і тиском (зварювання у рідко-твердому стані).

3. Зварювання тиском (зварювання у твердому стані).

У основі класифікації зварювання металів та їх сплавів лежать наступні ознаки:

1. Фізичні ознаки – виділяють три основні фізичні ознаки: вид енергії, яка вводиться, наявність тиску та вид носія енергії. В залежності від виду енергії, яка вводиться, зварювальні процеси поділяються на такі класи:

1. термічний – види зварювання, які здійснюються плавленням із застосуванням теплової енергії: дугове, плазмове, електронно-променеве, лазерне, електрошлакове, газове, високочастотне, термітне та ін.;

2. термомеханічний – види зварювання, які здійснюються із застосуванням теплової енергії і тиску: контактне, дифузійне, газопресове та ін.;

3. механічний - види зварювання, які здійснюються із застосуванням механічної енергії і тиску: ультразвукове, тертям, холодне, вибухом та ін.

2. Технічні ознаки – до них відносять такі види зварювання:

1. за способом захисту зони зварювання: зварювання на повітрі, у вакуумі, захисних газах, під флюсом, по флюсу, у піні і з комбінованим захистом;

2. за безперервністю процесу: безперервні та перервні види зварювання;

3. за ступенем механізації зварювання: ручні, механізовані, автоматизовані та автоматичні види зварювання.

3. Технологічні ознаки – класифікація зварювання за цими ознаками проводиться в залежності від форми зварного поєднання, роду і полярності струму, виду електроду, що плавиться чи не плавиться і т.д. Розрізняють газове, електрошлакове, електронно-променеве, дифузійне, ультразвукове, холодне та ін. види зварювання.

Електроерозійне зварювання (ЕЕЗ). Його сутність заключається у зміні форми, розмірів і властивостей заготівок шляхом їх поєднання і зняття при цьому припуску металів за рахунок керованого процесу електричної ерозії – тобто руйнування матеріалу електродів при електричному пробої міжелектродного проміжку. Процеси обробки заготівок за допомогою ЕЕЗ можна умовно поділити на три групи:

1. Задана форма деталі забезпечується тільки переміщенням електроінструменту. Так проводять ЕЕЗ із застосуванням зварювального дроту.

2. Отримання заданої форми забезпечується взаємним переміщенням електроінструменту і заготівки. Ці операції отримали менше розповсюдження.

Обробку за допомогою ЕЕЗ застосовують:

1. при заготівельних операціях – ЕЕЗ використовують для отримання заготівок із молібдену, вольфраму, нікелевих і титанових сплавів та інших ме6талів, що важко обробляються. Виготовлення заготовок із прокату виконують за допомогою електроінструментів, а виготовлення точних малогабаритних заготівок виконують за допомогою зварювального обладнання;

2. для формування робочих порожнин штампів, прес-форм. Штампи після обробки ЕЕЗ мають підвищену зносостійкість;

3. також ЕЕЗ застосовують при виготовленні деталей у електронній та авіаційній галузях.

Дифузійне зварювання відбувається у твердому стані внаслідок виникнення зв’язків на атомарному рівні, що з’являються у результаті максимального зближення контактних поверхонь за рахунок локальної пластичної деформації при підвищеній температурі, яка забезпечує взаємну дифузію у при поверхневих шарах матеріалів, що поєднуються. Деталі, які зварюються, здавлюють з невеликим зусиллям і нагрівають. Процес зварювання послідовно включає у себе виникнення і розвиструм фізичного контакту. Активацію контактних поверхонь, взаємодію атомів, у результаті чого між ними встановлюються зв’язки, що призводять до утворення монолітного поєднання.

До режимів дифузійного зварювання відносять:

1. Температуру нагрівання. Температуру зварювання зазвичай обирають підвищену, що сприяє збільшенню поверхні стикання деталей, а також прискоренню процесів очищення поверхонь від оксидів. Але якщо деталі тонкі, то температуру знижують, щоб уникнути їх деформації. А отримання необхідної тривкості досягається збільшенням тривалості нагрівання.

2. Питомий тиск при зварюванні – при дифузійному зварюванні він не повинен викликати помітних пластичних деформацій деталей.

3. Час витримки.

4. Середовище, в якому відбувається дифузійне зварювання – воно у значній мірі впливає на зварне поєднання, тому частіше всього воно відбувається у вакуумі, який має гарні захисні якості (в такому разі виключається окислення при зварюванні).

Переваги дифузійного зварювання визначаються відсутністю плавлення металу при зварюванні, незначними змінами властивостей основного металу, мінімальними остаточними напруженнями і деформаціями, більшим ступенем точності виготовлення вузлів і невеликою вірогідністю виникнення тріщин, можливістю зварювання різнорідних металів.