Термическая обработка металлов и сплавов – очень важный этап технологического процесса в производстве.

Он заключается в том, что металлы и их сплавы подвергаются нагреву до определенной температуры с целью улучшениях их свойств, изменения структуры или формы для соответствия определенным задачам.

Термическая обработка производится на специальном оборудовании, именуемом термическая печь.

Вид обработки металла

Для точности достижения температур, нагревания определенных зон и прочего печь оснащают числовым программным управлением (ЧПУ).

В статье рассматривается технология для термической обработки металлов, ее виды с изменением химико-термических свойств с сохранением поверхности, с изменением поверхности обрабатываемого металла путем нанесения резов и отверстий, способы и применяемое оборудование.

Виды термической обработки

С целью изменения химико-термической структуры металла и сплава применяется химико-термическая обработка металлов.

Технология процесса следующая: металл или сплав нагревают до определенной температуры, при которой изменяются химико-технологические свойства, и подвергают медленному остыванию (чаще всего, скорость охлаждения материала совпадает со скоростью, с которой остывает печь).

Химико-термические и химико-технологические свойства при этом не возвращаются к исходным показателям.

Термическая обработка бывает как предварительной (для подготовки к дальнейшей обработке), так и окончательной, в ходе которой достигается нужная структура металла.

Применяются следующие способы обработки:

  • отжигание;
  • старение;
  • закаливание;
  • отпуск.

Технология отжигания металла представляет собой подогрев до указанной температуры, удерживания этого уровня температуры в течение определенного и замедленного времени, которому подвергается также и сама печь.

Отжиг требуется заготовкам, подвергнутым штамповке или горячей ковке. Он позволит снизить твердость, уменьшить неоднородность и закончить подготовку к тепловой обработке.

При превышении температуры нагрева происходит пережигание сплава, которое является технологическим браком.

Для качественного отжига важна правильная скорость охлаждения. Она подбирается исходя из требуемых конечных технический условий и марки стали.

Слишком медленная скорость снижения температуры (одновременно остывают деталь и печь) приводит к образованию локальных разрывов сгибаемого листа.

Видео:

И наоборот, слишком быстрое охлаждение приводит к появлению мелких зерен внутри структуры стали. Твердость стали прямо пропорциональна количеству углерода в ней.

Поэтому для нормализации структуры используют прогрев стали до температурных показателей 700-720С, выдерживают непродолжительное время и допускают свободное охлаждение.

Эффективным является изотермический отжиг с двумя этапами снижения температуры.

После нагрева производится поэтапное снижение температуры – первый этап — до 630С, и последующая выдержка при этой температуре, второй этап – охлаждение до температуры окружающей среды.

Технология, включающая поэтапное охлаждение, не только способствует равномерной структуре зерна стали, но и обеспечивает оборудование непрерывным циклом загрузки.

Термический вариант резки

Термическая резка – это процесс тепловой обработки металлических изделий с целью вырезки заготовок и создания пазов в металле (резов).

При незначительных энергетических затратах достигается возможность получения деталей сложной формы, при этом толщина металлического листа может быть значительной.

Для таких работ применяются машины или станок для термической резки, укомплектованные ЧПУ. Рассмотрим виды и способы термической обработки для получения резов с помощью специальной машины.

По технологическому процессу термическая резка может быть произведена:

  • Окислением — по контуру реза изделие нагревается до температуры горения в кислороде, после чего станок с направленной струей кислорода с помощью ЧПУ производит выжигание металла. Остаточный продукт горения эвакуируется из полости направленной смесью кислорода и газов, образовавшихся при горении. В производстве применяются такие виды резки с помощью окисления: кислородный и кислородный с добавлением флюса;
  • Плавлением — по контуру нанесения реза исходную заготовку подвергают воздействию высокой температуре, которая больше его точки кипения, и расплавленный металл эвакуируется по форме реза гнетом плазмы. Способы плавления – это плазменная, лазерная и воздушно-дуговая резка;
  • Смешанным вариантом — при этом виде термической обработки применяются оба указанных выше способа резки.

Способы термической обработки для резки зависят от вида и марки металла. При газовой и плазменной резке применяется портальная машина.

Современная портальная машина или станок конструируется под конкретные задачи. Рассмотрим наиболее применимые виды обработки и применяемое оборудование с ЧПУ.

Видео:

Кислородная резка

Кислородной резкой производят разрезание металлической заготовки по любому контуру.

В стартовой области реза заготовка подогревается до температуры плавления, затем подается концентрированный поток нагретой воздушной смеси (с преимущественным включением кислорода).

Сплав выгорает по намеченной линии от потока кислорода, нагретого до температуры плавления металла. С помощью кинетической энергии удаляются получившиеся оксиды.

В стартовой области концентрированная подогретая смесь доставляет до 90% тепла, необходимого для плавления металла.

Дальнейшее плавление идет как от выделяющегося при сгорании тепла, так и от подачи струи смеси. Качество и непрерывность процесса обеспечиваются при достаточной мощности подаваемого тепла.

Для расчета принимают во внимание температуру образования оксидов и их текучесть.

При низкой теплопроводности заготовки не возникает быстрого теплообмена, что также способствует непрерывности процесса.

Видео:

Кислородной резкой можно провести разделение металла на несколько частей, снять поверхностный слой или выжечь отверстия. Для кислородной резки не требуется печь или дополнительное оборудование.

В продаже представлены мобильные станки для термической резки, которые позволяют резать металл кислородом в условиях небольшого цеха.

Плазменная резка

При этой термической обработке разделение металла происходит при помощи потока плазмы, которая получается в результате подачи под значительным давлением газа на электрическую дугу, образованную электродами и заготовкой для реза.

Дуга преобразует поток газа в плазменный рез, температурой до 31000 градусов по Цельсию. При этом допустимая толщина заготовок для реза колеблется от 0,5 см до 10 см.

Для подачи на электрическую дугу при резке черных металлов применяются активные газы, а неактивные, такие как водород или азот, используются при резе сплава или цветного металла.

Чаще всего этот вид резки применяется на производственных объектах. Оборудование с ЧПУ контролирует охлаждение форсунок с помощью жидкости или газа.

Видео:

При плазменной резке температура разделения металла в 2-6 раз выше, чем при применении кислорода.

Локальный подогрев области реза позволяет произвести разделение без деформирования и осуществить качественный рез.

Выполняемые работы полностью безопасны ввиду отсутствия взрывоопасных баллонов кислорода.

Лазерная резка

Лазерный крой заготовок используют только в промышленных предприятиях.

Оборудование с ЧПУ позволяет направлять лазер, и с помощью программы достигается точность контура при прожиге насквозь.

Благодаря ЧПУ крой может быть любой сложности. При раскрое лазерным лучом поверхность заготовки не подвергается деформации, что дает возможность использовать эту технологию для нетвердых деталей.

Лазерное излучение полностью управляется ЧПУ. Технологическое оборудование используется как в постоянном режиме подачи луча, так и импульсным способом.

Несмотря на то, что спрос на лазерное разрезание заготовок возрастает, оборудование остается достаточно дорогим.

Этот вид разделения применяется в случае требований к высокой точности кроя, при подготовке незначительного количества деталей одного вида (процесс лазерного разрезания будет значительно дешевле, чем изготовление формы для литья) или при невозможности использовать более простые формы раскроя железа.

Видео:

Для обработки готовится рисунок контура и переносится в программу управляющего компьютера.

Мы рассмотрели способы тепловой обработки металлов и сплавов, применяемые для улучшения их структуры и изменения формы.

Изменение свойств позволяет адаптировать более дешевые сплавы к сложным технологическим задачам.

Удешевление реза позволяет снизить себестоимость промышленной продукции, а увеличение точности раскроя до десятых долей миллиметра – выпускать детали для высокоточных приборов.


Комментарии: