Современные способы обработки материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)»

Политехнический институт: «Материаловедение и металлургические технологии»

Кафедра «Обработка металла давлением»

Технология получения слоистых металлических материалов и обработка металлов давлением (наименование темы реферата)

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Современные способы обработки материалов»

Руководитель, должность

Пелленен А.И. /И.О.Фамилия/

«_______»_____________2021 г.

Автор Студент группы П-239

Бондарчук С.Н. /И.О.Фамилия/

«_______»_____________2021 г.

Проект защищен с оценкой

(цифрой, прописью)

_________________________

«______»______________2021 г.

Челябинск 2021

Оглавление

Введение

1. Получение слоистого композиционного материала

2. Метод прокатки

3. Термообработка

4. Метод сварки взрывом

Заключение

Библиографический список

Введение

Традиционно применяемые металлические и неметаллические материалы в значительной мере достигли своего предела конструктивной прочности.

Вместе с тем развитие современной техники требует создания материалов, надежно работающих в сложной комбинации силовых и температурных полей, при воздействии агрессивных сред, излучений, глубокого вакуума и высоких давлений. Зачастую требования, предъявляемые к материалам, могут носить противоречивый характер. Удовлетворить эти требования можно путем использования композиционных материалов.

Композиционные материалы обладают комплексом свойств, отличающихся от традиционных конструкционных материалов, что и предопределило их успешное применение для совершенствования современных и разработки принципиально новых конструкций.

Разнообразие свойств композиционных материалов невозможно получить при использовании обычных материалов. Их применение дает возможность создавать ранее недоступные принципиально новые конструкции.

Совершенствование технологии позволит снизить себестоимость металлических композиционных материалов, а их уникальные свойства делают их незаменимыми в ряде конструкций.

Свойства композиционных материалов в основном зависят от физико-химических свойств компонентов и прочности связи между ними.

1. Получение слоистого композиционного материала

Для получения слоистого композиционного материала необходимо изготовить слои и соединить их в слоистую заготовку. Далее, в общем случае, слоистую заготовку, состоящую из чередующихся слоев заданной толщины и химического состава, обрабатывают давлением и подвергают термообработке для обеспечения связи по поверхности контакта слоев.

Слоистые композиционные материалы набираются из чередующихся слоев наполнителя и матричного материала (типа «сэндвич»). Слои наполнителя в таких КМ могут иметь различную ориентацию. Возможно поочередное использование слоев наполнителя из разных материалов с разными механическими свойствами.

В металлических композиционных материалах (МКМ) матрицей являются металлы и их сплавы, а арматурой - металлические и неметаллические волокна.

Известные в настоящее время способы производства МСКМ можно классифицировать по ряду общих признаков.

Одним из них является по способу соединения металлов:

сварка плавлением;

сварка давлением.

Технологическую схему производства изделий из МКМ можно представить следующим образом: 1) очистка поверхности волокон и матрицы; 2) объединение волокон матрицы; 3) получение МКМ методами пластической деформации, порошковой металлургии, литья либо комбинацией этих методов.

Наиболее производительный способ производства листовых, ленточных МКМ - прокатка.

Жидкофазный метод предусматривает получение МКМ совмещением армирующих волокон с расплавленной матрицей.

Изготовление МКМ методами осаждения-нанесения состоит в нанесении на волокна различными способами (газо-фазными, химическими, электролитическим, плазменным) матричного материала и заполнение им межволоконного пространства.

Наибольшее применение получили методы газо-термического (обычно плазменного) напыления и электролитического осаждения.

При плазменном нанесении покрытий наносимый материал матрицы в виде порошка или проволоки подводится к плазменной струе, расплавляется и подхваченный потоком плазмообразующего газа (например, аргона) направляется к поверхности изделия. Двигаясь с большой скоростью (150 м/с) частицы материала при ударе о поверхность подложки (металлическая фольга) прочно соединяются с уложенными на ней определенным образом волокнами. Полученный МКМ требует дальнейшей обработки давлением.

2. Метод прокатки

Одним из наиболее производительных является метод получения металлических композиционных материалов, основанный на прокатке заготовок.

Прокатка - процесс обработки металлов и сплавов давлением, обжатием между вращающимися валками прокатных станов для уменьшения сечения прокатной заготовки (слитка) и придания металлу определенной формы и геометрических размеров при заданном уровне качества проката. В зависимости от доминирования направления смещения металла относительно валков различают три основных вида прокатки: продольную, поперечную и винтовую.

Сущность метода состоит в совместной деформации листов, полос или лент соединяемых металлов, собранных в пакет. При этом деформация может осуществляться как в горячем, так и в холодном состоянии.

Во всех случаях совместной холодной прокатки исходные заготовки подвергают обезжириванию, травлению и зачистке контактных поверхностей. Затем осуществляют сборку пакета. При рулонном способе исходные заготовки (ленты основного и плакирующего слоев), свернутые в рулоны и помещенные на разматыватели, подают в валки прокатного стана и подвергают совместной деформации. Полученную слоистую полосу сматывают в рулон. При холодном плакировании возможны случаи, когда достаточно прочное соединение слоев образуется при деформации только одной, более пластичной составляющей.

В некоторых случаях для улучшения фиксации плакирующего металла и повышения качества соединения перед совместной деформацией соединяемых металлов в валках производят волочение заготовок плакирующего слоя. Для повышения прочности соединения слоёв, составляющие биметалла перед совместной деформацией в валках и ленту после выхода из клети прокатного стана подвергают воздействию ультразвуковых колебаний.

Основными технологическими параметрами процесса прокатки являются степень деформации и температура прокатки. При разработке технологических процессов для каждого типа изделия эти параметры выбираются индивидуально.

Технология пакетной прокатки позволяет получить композит с малой толщиной слоев (до 5 мкм). В соответствии с представленным технологическим процессом листовые заготовки собирают в пакет, нагревают и подвергают прокатке в горячем состоянии. Степень обжатия в валках должна быть достаточной для сварки листов по контактируемым поверхностям (десятки процентов). Для исключения окисления поверхностей свариваемых листов может быть осуществлена сварка пакета по его периметру. Полученный при прокатке многослойный лист разрезается на несколько заготовок, которые снова собирают в пакет. Пакет обваривается, нагревается и снова подвергается прокатке. В результате многократного повторения процесса получается слоистый композиционный материал с малой толщиной листов.

Технология прокатки позволяет получать так называемые естественно-композиционные материалы. Для этого могут быть использованы, например, стали доэвтектоидного состава. В отожженном состоянии они имеют ферритно-перлитное строение.

При нагреве до температур, соответствующих межкритической области (АС1 -- Асз), сталь имеет ферритоаустенитную структуру. Если осуществить прокатку стали в межкритической области температур и обеспечить немедленную закалку, то в результате будет получена ориентированная ферритомартенситная структура. Таким образом, может быть сформирована ориентированная слоистая структура и в других сплавах, находящихся в гетерофазном состоянии.

3. Термообработка

Термообработка является неотъемлемой частью любого технологического процесса получения слоистого композита, поэтому: рассмотрим особенности воздействия повышенной температуры на качество МКСМ, как на этапе компактирования, так и в стадии постобработки изделия.

При выборе рациональных режимов термической обработки необходимо учитывать следующие особенности, присущие слоистым композиционным материалам:

Особенности способа соединения слоев композита, во многом определяющего как свойства и структуру составляющих, так и характер, структуру и размеры переходной зоны.

Различия в физико-химических и механических свойствах составляющих композиционного материала, например, в температурах их плавления и рекристаллизации (нагрев композита в оптимальной области температур для одной составляющей может привести либо к оплавлению другой, более легкоплавкой составляющей, либо к значительному ухудшению микроструктуры вследствие перегрева или пережога).

Диффузионные процессы, происходящие при нагреве композита на границе раздела слоев могут приводить к появлению хрупких интерметаллидных прослоек, к изменению химического состава составляющих вблизи переходной зоны из-за миграции элементов. Образование сплошной интерметаллидной прослойки при последующей горячей или холодной пластической деформации может привести к резкому снижению прочности соединения, а в некоторых случаях и к его разрушению; кроме того, наличие хрупких прослоек на границе слоев значительно затрудняет процессы деформирования композиционного материала.

Различие в термических коэффициентах линейного расширения составляющих композита при нагреве вызывает появление на границе раздела слоев дополнительных напряжений, которые могут привести к короблению многослойной заготовки или к нарушению сплошности сварного соединения. Особое внимание на выбор температуры нагрева композита следует обратить в том случае, когда металл одной из составляющих претерпевает в этом интервале температур фазовые превращения с резким изменением объема.

4. Метод сварки взрывом

композиционный металлический слоистый термообработка

Методом сварки взрывом можно получать разнообразные биметаллические, многослойные и композиционные материалы с улучшенными прочностными, коррозионно-стойкими, жаропрочными и другими свойствами. Номенклатура материалов, сваренных взрывом, достаточно велика и постоянно расширяется и исследования в этом направлении являются весьма перспективной задачей. Объясняется это тем, что физикомеханические свойства слоистых композитов позволяют резко улучшить эксплуатационные качества и технологичность различных машин и механизмов и расширить сферу их применения. Повышение прочностных и упругих свойств композиционных материалов позволяет существенно облегчить конструкции, а увеличение рабочих температур этих материалов даёт возможность повысить мощность двигателей, машин и агрегатов.

Сварка взрывом, как способ получения металлических слоистых композиционных материалов, благодаря её быстротечности позволяет получать равнопрочные соединения практически любых сочетаний металлов и сплавов площадью до десятков квадратных метров.

Заключение

Научно-исследовательские работы по созданию металлических слоистых композиций проводятся в мире более, чем в тридцати странах. В настоящее время в условиях интенсификации производства при выпуске качественных изделий разработка металлических и неметаллических композиций с высокими механическими свойствами является одной из важных задач производства.

В настоящее время проводятся научно-исследовательские работы по созданию композиционных материалов с использованием специальных металлических слоистых композиций, обеспечивающих качество продукции; разработку технологий получения металлических слоистых композиций; совершенствование теоретических и технологических основ термической обработки, способствующих повышению прочности металлических слоистых композиций; создание и производство энерго- и материалосбергающих новых металлических слоистых композиций на основе последних достижений науки и техники, предполагающих экономию дефицитных инструментальных материалов и повышение производительности.

Библиографический список

1. Иванов Д.А. Композиционные материалы, 2019 г.

2. Норхуджаев Ф. Р. Исследование металлических слоистых композиций для металлообрабатывающих инструментов // Композиционные материалы. - Ташкент, 2013. №1

3. Рыков Ю. П. Технология получения металлических композиционных материалов методом сварки взрывом : учеб. пособие / Ю. П. Трыков, В. Г. Шморгун ; РПК "Политехник", 2000.

4. Трыков Ю. П. Свойства и работоспособность слоистых композиционных материалов, учеб. Пособие, 2011.

Размещено на Allbest.ru