Общая технология металлов - Красавин В.С., Макарова В.И., Алекин Л.Е., Гладилин А.Н., Лунев Ф.А., Расторгуев И.С., Хренов А.Д.

Автор: Красавин В.С. Макарова В.И. Алекин Л.Е. Гладилин А.Н. Лунев Ф.А. Расторгуев И.С. Хренов А.Д.

Теги: металлургия материаловедение металловедение учебное пособие технология металлов трудрезервиздат

Год: 1958

Похожие

Технология металлов

Общая химическая технология. Том 2

Общая химическая технология. Том 1

Материаловедение и технология металлов

Текст

1д на 8 руб.

Л. Е. АЛЕКИН, А. Н. ГЛАДИЛИН, В. С. КРАСАВИН,
Ф. А. ЛУНЕВ, В. И. МАКАРОВА, И. С. РАСТОРГУЕВ,
А. Д. ХРЕНОВ
ОБЩАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ
МЕТАЛЛОВ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Одобрено Ученым советом
по профессионально-техническому образованию
Главного управления трудовых резервов
при Совете Министров СССР
в качестве учебного пособия
для ремесленных и железнодорожных училищ
ВСЕСОЮЗНОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ТРУДРЕЗЕРВИЗДАТ
МОСКВА 1957
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
«Общая технология металлов» написана коллективом авторов-преподава-
телей МВТУ нм. Баумана в соответствии с учебной программой, установлен-
ной для ремесленных училищ Главным управлением трудовых резервов при
Совете Министров СССР; выпускается вторым, переработанным и дополнен
ным изданием в качестве учебного пособия для учащихся ремесленных и
железнодорожных училищ; может быть также использована для подготовки
и повышения квалификации рабочих па предприятиях путем индивидуаль-
ного и бригадного обучения.
Книга состоит из двух разделов: первый — материаловедение и второй —
основные виды обработки металлов (литейное дело, обработка металлов
давлением, сварка, обработка резанием, слесарная обработка).
Теоретические вопросы металловедения и технологии изложены на уров-
не, доступном как по языку, так и по содержанию учащимся, имеющим семи-
летнее образование.
Главы I, III написаны кавд. техи. ваук, доц. В. И. Макаровой; И, IV,
V, VI — канд. техн, наук, доц.|Ф. А. Луневым|; VII и VIII — канд. техи. наук,
доц.|И, С. Расторгуевым}; IX — ст. преподават. А. Д. Хреновым; X — канд.
техи. наук, доц. Л, Е. Алекиным; XI — канд. техн, наук, доц. А. Н. Гладили-
ным; XII — ст. преподават. В. С. Красавиным.
Все замечания по книге просим направлять по адресу: Москва, Центр,
Хохловский пер., 7, Трудрезервиздат.
ВВЕДЕНИЕ
Технологией металлов называется дисциплина, изучающая
свойства и назначение металлов, способы получения их из руд,
а также условия технологической обработки с целью придания
им необходимой формы.
В соответствии с этим определением содержание курса общей
технологии металлов делится на две части.
В первой части курса, называемой материаловедением, изла-
гаются: свойства металлов и сплавов, их назначение и применение
в машиностроительной промышленности, основы металлургиче-
ского производства и термической- обработки, а также характери-
стика и способы получения важнейших неметаллических мате-
риалов.
Вторая часть курса — основные виды обработки металлов —
рассматривает технологические процессы обработки металлов:
литейное производство, прокатка, волочение, прессование, ковка,
штамповка, сварка, обработка резанием и слесарная обработка.
Обе части курса тесно связаны между собой, так как знания
в области материаловедения дают возможность учащимся лучше
усвоить теоретические основы различных технологических про-
цессов обработки металлов.
Основные виды обработки применяются на всех машинострои-
тельных заводах; изучение их позволяет выбрать наиболее рацио-
нальный и экономичный способ изготовления деталей.
Наиболее широкое применение в машиностроительном произ-
водстве имеют сплавы железа с углеродом: конструкционная и
инструментальная стали, серый и ковкий чугуны, а также цвет-
ные сплавы, т. е. бронзы, латуни, дюралюминий и др.
В дореволюционной России производство стали и чугуна на-
ходилось на низком уровне, производство алюминия и некоторых
других металлов отсутствовало вообще. Металлообрабатывающая
.промышленность была в зачаточном состоянии, а такие отрасли
машиностроения, как автостроение, тракторостроение, самолето-
строение и точное приборостроение, совершенно не были органи-
зованы. Многие металлы, а также станки, инструмент, приборы и
машины ввозились из-за границы. Дореволюционная Россия на*
ходилась в кабальной зависимости в области металлургии и ма-
3
шиностроения от высоко развитых .капиталистических стран: Гер-
мании Франции, Англии, США.
В И Ленин следующим образом характеризовал состояние
промышленности в дореволюционной России: «Относительно же-
леза-одного из главных Продуктов современной промышлен-
ности одного из фундаментов, можно сказать, цивилизации —
отсталость и дикость России особенно велики».
В 1913 г. в России было произведено чугуна 4,2 млн. г, стали
4,2 млн. т и проката 3,5 млн. т.
Империалистическая война, а также военная интервенция им-
периалистических стран против молодой советской республики
привели ,к сокращению производства чугуна и стали. В 1920 г.
производство чугуна составляло всего лишь 0,16 млн. т, а ста-
ли — 0,2 млн. т.
После окончания гражданской войны советский народ под
руководством Коммунистической партии начал восстанавливать
разрушенное народное хозяйство.
Интенсивное восстановление черной металлургии началось
в 1924 г. Уже к концу 1926 г. производство, стали и чугуна было
доведено до 75% от уровня 1913 г.
В период социалистической индустриализации страны были
нс только восстановлены старые заводы, но и построены новые,
более совершенные металлургические предприятия.
Осуществление пятилетних планов развития народного хозяй-
ства привело к резкому подъему производства стали и чугуна,
и в 1940 г., перед Великой Отечественной войной, в СССР было
выплавлено 15 млн. т чугуна и 18,3 млн. т стали. Несмотря на
огромный урон, нанесенный промышленности СССР в годы второй
мировой войны, производство стали достигло в 1952 г. 35 млн. т,
а производство чугуна — 25,1 млн. т. В 1955 г. было произведено
45,3 млн. т стали, 33,3 млн. т чугуна. В 1960 г. должно быть про-
изведено чугуна 53 млн. т и стали 68,3 млн. т. Диаграмма роста
производства стали, чугуна и проката за время с 1913 по 1955 г.
и план иа 1960 г. представлена на рис. 1.
Русские .и советские ученые, новаторы производства внесли
значительный вклад как в область технологии металлов, так и в
область металловедения, являясь в ряде случаев авторами круп-
ных открытий, изобретений и усовершенствований.
Так, инженер П. П. Аносов (1797—1851) разработал способ
изготовления булатной стали на Златоустовском заводе, впервые
в мире применил микроскоп для изучения структуры стали, ука-
зал ла возможность газовой цементации стали и иа целесообраз-
ность введения в сталь легирующих элементов. Д. К. Чернов
(1839—1921) по праву считается «отцом металлографии» железа
и стали. Впервые он научно объяснил те процессы, которые про-
исходят при нагревании и охлаждении стали, а также показал,
как этими процессами следует управлять. Тем самым Д. К. Чер-
нов заложил основу современной обработки черных металлов и
4
их термической обработки. Важнейшее значение имеют также
труды Д. К. Чернова о строении слитков и процессе кристалли-
зации. До настоящего времени научное наследие Чернова не
утратило своего значения, оно легло в основу работ многих совет-
ских металлургов.
ПЛ Н.П'
66'—
-с 6В,Змпнт
65
60
1
55
50
Ь5
35
35,3мтп^
I
I
I
I j
I f

35м/тт.} рЗ^Змянт
'^НзЗЗнлнт
^ЗЗмтт
'52.7млнт
30
25
20
15
10
Ь'Змлнгп
5
6,2нлнт.
\2xmm.
ЩЗМЛНПд
Г17мю.трг'а у
19.5нлнпц
25nmin>
О' _ .
1913 1920 1023-19281932 193119^0 19501952 1355 1960
Годы
5,9млнт
взмтт
20,9'нт.т
Рис. 1. Рост выплавки стали и чугуна и производство
проката в СССР
1%0плнт
13,1млнтп

!
Металловеды-академики Н. С. Курнаков, А. А. Байков,
А. А. Бочвар, С. С. Штейнберг, Г. В. Курдюмов и др. имеют боль-
шие заслуги в дальнейшем развитии науки о металлах. Академик
С. И. Губкин, проф. Я. Н. Маркович и проф. А. И. Зимин разра-
ботали и обосновали современную теорию обработки металлов
давлением и теорию паровых молотов.
Инженеры Н. Г. Славянов и Н. Н. Бснардос и академик
Е. О. Патон являются изобретателями электродуговой и скоро-
стной автоматической сварки металлов.
5
Проф. И. А. Тиме получил всемирное признание как осново-
положник науки о резании металлов, а проф. К. А. Зворыкин,
Я- Г. Усачев и др. внесли значительный вклад в эту науку.
Социализм открыл широчайший простор для применения твор-
ческих сил советского народа, для небывалых темпов развития
промышленности, сельского хозяйства и культуры.
Решающую роль в дальнейшем подъеме промышленности и
всего народного хозяйства играет производительность труда. Не-
прерывное повышение производительности труда требует постоян-
ного совершенствования техники. Старая техника должна заме-
няться новой, новая — новейшей. Передовые рабочие и инженер-
но-технические работники “своим опытом, неутомимыми творче-
скими поисками прокладывают новые пути дальнейшего роста
производительности труда как в области производства металлов,
так и в области обработки их.
Из года в год растет и крепнет индустриальное могущество
нашей Родины. Развивается тяжелая промышленность — основа
нашего хозяйства, увеличивается выпуск металла. Машинострои-
тельные заводы изготовляют все больше и больше всевозможных
машин, деталей и инструментов, необходимых для народного хо-
зяйства.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ.
МА ТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Глава I
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ
§ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛАХ
Изучение свойств химических элементов позволило разделить;
их на две основные группы: металлы и неметаллы (металлоиды).
Металлы отличаются характерным «металлическим» блеском,
ковкостью, высокой теплопроводностью и электропроводностью,
непрозрачностью. При нормальной, комнатной, температуре все
металлы (кроме ртути) являются твердыми веществами.
Неметаллы не имеют перечисленных свойств. У них отсут-
ствует блеск, они хрупки, плохо проводят тепло и электричество.
Ярко выраженными металлическими и неметаллическими свой-
ствами обладают далеко не все элементы. Относя тот или иной
элемент к металлам или неметаллам, отмечают лишь, какие свой-
ства— металлические или неметаллические — выражены сильнее.
Примерно две трети всех элементов представляют собой ме-
таллы.
В технике химически чистые металлы не используются. Это
объясняется двумя причинами: во-первых, трудностью их получе-
ния в промышленном производстве и, во-вторых, отсутствием
в них технически полезных свойств.
Значительно большее распространение получили так назы-
ваемые металлические материалы.
Все металлические материалы можно разделить на две группы.
Технически чистые металлы — металлы, в состав
которых, помимо химически чистого элемента, в небольших коли*
чествах входят другие элементы.
Сплавы — сложные материалы, получаемые путем сплавле-
ния одного металла с другими металлами или неметаллами.
Сплавам можно придать самые разнообразные свойства. По-
этому в технике, особенно в машиностроении, они нашли большее
применение, чем технически чистые металлы.
7
Наиболее распространенными . металлическими материалами
в промышленности являются сплавы железа с углеродом стали
и чугуны. Такие сплавы получили наименование черные ме-
талл ы.
Помимо этого, широко используются в технике цветные
металл ы —медь, алюминий, магний, никель, цинк, олово, сви-
нец и главным образом их сплавы.
Изготовляя сплавы с разными количественными соотноше-
ниями элементов, можно придать им различные свойства, необ-
ходимые для нормальной работы детали или конструкции.
Кроме этого, есть иной путь получения необходимых свойств —
это изменение состояния или структуры (строения) металла или
сплава различными методами.
Так, например, железо в обычных, нормальных, условиях яв-
ляется металлом с ярко выраженными магнитными свойствами —г
изделия из железа притягиваются к магниту. Однако, если же-
лезо нагреть до температуры свыше 768°, оно потеряет полностью
магнитные свойства и снова их приобретет, как только темпе-
ратура станет меньше 768°.
Можно повлиять на состояние металла или сплава таким об-
разом', что вновь приобретенные ими свойства сохранятся на-
долго. Например, путем ковки или прокатки меди при комнат-
нойтем йера'туре можно повысить ее прочность примерно в 2—
2,5 раза. Эти,свойства медь сохранит до тех пор, пока мы не
подвергнем ее. нагреву до температуры свыше 270°.
При помощи специальной тепловой обработки сплава, назыт
ваемой т е р м и ч е с к б й, о которой подробно будет рассказано
ниже, можно изменять структуру сплава, в результате чего сильно
изменятся и его качества.
§ 2. ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Для того чтобы понять внутреннее строение металла, необхо-
Рис. 2. Схема
строения атома
водорода
димо вспомнить, что представляют собой
мельчайшие частицы, образующие все веще-
ства,— атомы.
Строение атома. Атом состоит из поло-
жительного заряженного ядра, окруженно-
го отрицательно заряженными частичками,
называемыми электронами, движущимися
вокруг ядра с огромной скоростью (наимень-
шей скоростью обладает электрон водоро-
да, движущийся со скоростью 2000 км/сек).
На рис. 2 приводится схема строения
атома водорода.
Вокруг ядра простейшего атома — водо-
рода, занимающего первое место в периодической таблице, вра-
щается по орбите только один электрон.
8
Строение чистых металлов. Металл состоит из поло ж и-
т ель но заряженных ионов и «свободных» элек-
тронов. Положительный нон представляет собой атом, потеряв-
ший один или несколько электронов. Эти электроны называют
свободными электронами. Они постоянно переходят от одних
ионов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого
иона.
В металлах положительно
заряженные ионы расположены
в строго определенном поряд-
ке, образуя так называемую
пространственную кристалличе-
скую решетку.
Наряду с этим есть тела, на-
зываемые аморфными, где ато-
мы располагаются хаотично.
В связи с этим все твердые тела
делятся на тела кристалличе-
ские и аморфные.
К кристаллическим телам
можно отнести металлы, пова-
ренную соль, сахар и Др.
Примером аморфных тел мо-
гут служить стекло, пластмас-
са, смола, клей и др.
Наличие свободных электро-
нов во всех металлах обуслов-
ливает существование общих
металлических свойств. К ним
следует отнести прочность, вы-
сокую электропроводность и
теплопроводность.
Кристаллические решетки v
металлов могут быть различ-
ных типов. Наиболее распро-
странены изображенные на
„рис. 3 типы .решеток:
а) «объемноцентрированный
куб»—атомы (ионы) металла
Рис. 3. Различные типы кристал-
лических решеток:
а — объемноцентрированный куб; б —
грзнецен'грированный куб; в — гексаго-
нальная решетка
расположены в вершинах куба, а один атом (ион) — в центре его
(рис. 3, с);
б) «гранецентрированный куб» — атомы (ионы) металла рас-
положены в вершинах куба и в центре каждой из его граней
{рис. 3, б);
в) «гексагональная решетка» — 12 атомов расположены в вер-
шинах шестигранной призмы, 2 — в центре оснований ее и 3 —
в среднем сечении. В куске металла атомы образуют огромное
число таких элементарных ячеек пространственной кристалличе-
ской решетки.
9
Рис. 4. Монокристалл, из кото-
рого вырезаны образцы
Кристаллические тела и их особенности. Кристаллические
тела обладают различными свойствами в различных направле-
ниях.
Это явление, называемое анизотропией, объясняется тем, что
в кристаллических решетках расстояние между атомами (иона-
ми), а следовательно, и взаимодействие их между собой в раз-
личных направлениях неодинаковы; свойства металлов опреде-
ляются взаимодействием атомов (ионов).
Если взять одиночный кристалл меди (или, как его называют,
монокристалл) и вырезать из
него образцы в различных на-
правлениях (рис. 4), то свой-
ства таких образцов будут раз-
личны. Прочность может из-
меняться в 2—2,5 раза, пла-
стичность, т. е. способность де-
формироваться, — в 5—6 раз,
в зависимости от направления,
в котором был вырезан образец.
Однако такое различие
свойств наблюдается только у
монокристаллов. Монокристал-
лы больших размеров полу-
чают искусственным путем.
В естественных условиях ме-
таллы являются телами поли-
кристаллическими, Т; е.
они состоят из большого числа по-разному
ориентированных мелких кристалликов. Обычно
размер каждого мелкого кристаллика определяется долями мил-
лиметра.
Каждый кристаллик расположен по-своему, но свойства по
всем направлениям оказываются примерно равными.
Другой особенностью кристаллов является существование
вполне определенных плоскостей — плоскостей скольже-
ния (спайности), по которым происходит перемещение атомов
(ионов) кристаллической решетки при механическом воздействии.
Очень хорошо плоскости спайности выявляются у кристаллов
аноды, которая расщепляется по этим плоскостям.
Важным свойством чистых металлов как кристаллических тел
является наличие определенной температуры плавле-
ния. Аморфные тела переходят в жидкое состояние постепенно,
размягчаясь при изменяющейся температуре, а кристалличе-
ские—при постоянной температуре.
Процесс кристаллизации. Кристаллизацией называется про-
цесс образования кристаллов. Если кристаллы образуются из
жидкости, то процесс называется первичной кристаллизацией.
Для изучения процесса кристаллизации строят кривые
10
, 5. Кривая охлаждения
чистого металла
охлаждения, т. е. кривые, показывающие изменение темпе-
ратуры с течением времени при охлаждении расплавленного ме-
талла. Для построения кривой охлаждения необходимо иметь
прибор для измерения температуры и часы или секундомер. В ка-
честве прибора для измерения температуры используют термо-
метр либо термоэлектрический пирометр (см. рис. 62).
При охлаждении металла через равные промежутки времени
производится измерение температуры. По результатам такого
измерения строят кривые охлаждения.
Для чистого металла кривая охлаждения имеет такой вид, как
указано на рис. 5. Кривая показы-
вает, что при охлаждении металла
как в жидком, так и в твердом со-
стоянии температура понижается
равномерно. Процесс кристаллиза- ь
ции протекает при одной и той же
температуре, которая на рис. 5 обо- £
значена буквой t.
Металл, охладившись до темпера-
туры t, не будет еще кристаллизо- й
ваться, а останется в жидком состо-
янии вплоть до температуры tn. Та-
ким образом, металл переохладится.
Чем больше скорость охлаждения,
тем больше и степень переохлажде-
ния. Кристаллизация сопровождает- Р«'
ся выделением тепла, что поднимает
Температуру металла до t и поддер-
живает затем ее постоянной до полного затвердевания.
Температуру t, при которой в металле происходит превраще-
ние из жидкого состояния в твердое, называют критической тем-
пературой, или критической точкой плавления.
Жидкое состояние металла характеризуется большой под-
вижностью атомов. По мере приближения металла к температуре
затвердевания атомы его в отдельных местах начинают группи-
роваться так же, как в кристаллических решетках твердого ме-
талла. Некоторые из этих атомно-кристаллических групп могут
едать зародышами будущих кристаллов, или, как говорят, цен-
тра ми кристаллизации. Дальнейший рост кристаллов
происходит путем постепенного наращивания на эти центры но-
вых атомных слоев.
Таким образом, процесс кристаллизации заключается в обра-
зовании центров кристаллизации и в их последующем росте.
На рис. 6 показана схема развития процесса кристаллизации.
В первые моменты кристаллы растут свободно, сохраняя свою
кристаллическую форму. По мере развития процесса кристаллы
встречаются друг с другом, препятствуя тем самым дальнейшему
росту в этом направлении. Кристаллы будут расти только лишь
11
в некоторых направлениях, где имеется еще жидкий металл. Бла-
годаря этому правильная форма кристалла теряется и он приоб-
ретает округлую форму. Такие кристаллы называют зернами.
При быстрохм и неравномерном охлаждении зерна принимают
вытянутую форму. Такую структуру можно наблюдать в сварном
шве меди (см. рис. 16, б).
Рис. 6. Схема развития процесса первичной кристаллизации
ливки металла, способа охлаждения
Малая большая
скорость скорость
охлаждения охлаждения
Рис. 7. Зависимость размеров зерен
металла от скорости охлаждения
Размер зерна при первичной кристаллизации зависит от мно-
гих причин: температуры нагрева жидкого металла и времени
выдержки при ней, температуры заливки в форму, способа за-
и др.
Теория кристаллизации
показывает, что число обра-
зующихся зерен и размер их
определяются: числом цен-
тров кристаллизации, само-
произвольно возникающих в
жидкости в момент начала
затвердевания, и скоростью
роста каждого кристалла.
Обе эти величины зависят от
скорости охлаждения метал-
ла в процессе кристаллиза-
ции.
На рис. 7 схематично изображена зависимость размеров зерен
от скорости охлаждения.
В настоящее время в производстве черных и цветных метал-
лов получил широкое распространение процесс искус-
ственного изменения размеров и формы зерен
путем введения в расплавленный металл не-
растворимых веществ, называемый модифици-
рованием. Эти вещества распределяются равномерно по всему
12
объему металла и образуют дополнительные центры кристалли-
зации, благодаря чему зерна металла получаются более мелкими
и могут изменять свою форму.
Такими веществами могут быть порошок окиси алюминия при
модифицировании стали, сплавы железа с хромом и железа
с кремнием, а также чистый магний при модифицировании чу-
гуна, натрий при модифицировании силумина (алюминиевый
сплав) и др.
Свойства сплавав и металлов в сильной степени зависят от
размеров и формы зерен. Металлы и сплавы с мелкозернистым
строением обладают: более высокой 'прочностью, особенно удар-
ной прочностью, твердостью, лучшей обрабатываемостью.
Изменение структуры и свойств металлов в твердом состоя-
нии. Некоторые металлы имеют в твердом состоянии несколько
видов кристаллической решетки. Достаточно' такие металлы на-
греть до определенной температуры,’ как атомы перестраиваются
и образуют новую кристаллическую решетку,-
Процесс перехода из одного типа кристаллического строения
в другой называется аллотропическим превращением. Различные
типы кристаллического строения называют аллотропической фор-
мой, или модификацией.
Модификации металлов обозначаются буквами греческого ал-
фавита: а — альфа, р — бета, у —гамма, б— дельта и т. д.,
которые в виде индексов добавляются к символу, обозначающему
элемент. Например, железо имеет модификации Fe«, Fer , Fes.
Аллотропические превращения, так же как и первичная кри-
сталлизация, протекают при постоянной температуре, так как при
охлаждении происходит выделение, а при нагреве — поглощение
тепла. На кривой охлаждения это превращение отмечается гори-
зонтальным участком.
Аллотропические превращения протекают путем зарождения
центров кристаллизации в твердом металле и роста вокруг них
кристаллов новой модификации, подобно процессу первичной кри-
сталлизации. В связи с этим процесс аллотропического превраще-
ния^ связанный с перекристаллизацией (повторной кристаллиза-
цией) в твердом состоянии, называют вторичной кристаллизацией.
Наиболее известными и имеющими практическое применение
являются аллотропические превращения железа, олова, марганца,
кобальта.
Превращения в железе. На кривой охлаждения железа, при-
веденной на рис. 8, показаны аллотропические превращения, пре-
терпеваемые железом при очень медленном охлаждении.
При охлаждении железо затвердевает при температуре 1539°.
При этом образуется Fee., т е. железо с «объемноцентрирован-
ной решеткой».
При последующем охлаждении при температуре 1400° Fes
превращается в FeT, т. е. в железо с «гранецентрированной ре-
шеткой».
13
При температуре 910° Fe^ превращается в Fn> т. е. в железо
с «объсмноцснтрированной решеткой».
Остановка на кривой охлаждения, имеющая место при 768°,
не связана с перестройкой кристаллической решетки, а вызы-
вается изменением магнитных свойств. Ниже этой температуры
железо магнитно, выше — немагнитно (немагнитное железо ино-
гда обозначается Fe₽).
Превращения олова. Олово существует в двух модифика-
циях: Sr.» .и Sns. Олово a (Sn<J называют серым оловом. Оно
представляет собой порошок. Олово ?
Г
/500
МОО
/ЗОО
/200 '
/ЮО
/ООО
ООО
800
700
600
500-
4ДС
ЗОО
гоо
ОЗ
Эг
I
----— Время
/00
Рис. 8. Кривая охлаждения железа
(Sn?) — белое олово, проч-
ный металл. Превраще-
ние белого олова в се-
рое протекает при тем-
пературе + 18°, но с на-
ибольшей скоростью
этот процесс протекает
при переохлаждении до
минус 30°.
На изделиях из бе-
лого олова после дли-
тельного хранения на
холоде возникают бу-
горки серого олова, ко-
торые затем рассыпают-
ся в порошок. Это явле-
ние получило название
оловянная чума.
Наиболее опасна «оло-
вянная чума» при хра-
нении олова в зимнее
время в холодном по-
мещении.
Одновременно с из-
менением кристалличе-
ской решетки металла
при аллотфопическом
превращении происхо-
дит изменение формы и величины зерна. В практике, термической
обработки этим часто пользуются.
Наблюдать процесс вторичной кристаллизации невооружен-
ным глазом нельзя.
Внешний вид металла при вторичной кристаллизации не изме-
няется. Ее можно обнаружить либо по изменению свойств металла
или сплава (температура, прочность, твердость, электросопротив-
ление и т. д.), либо наблюдая металл под микроскопом.
Пластическая деформация и рекристаллизация. Изменить
величину и форму зерен можно также и механиче-
ским воздействием, например ковкой, штамповкой, про-
14
каткой, волочением и т. д., т. е. путем изменения формы изделия
(или, как говорят, путем пластической деформации металла)
с последующим нагревом, после которого
можно получить зерна разных размеров.
Пластическая деформация протекает путем смещения (сдви-
гов) тонких слоев металла (пачек) в кристалле относительно друг
друга по плоскостям скольжения под влиянием механических
усилий.
Металл в результате пластической деформации становится бо-
лее прочным (упрочняется).
До Веформации
Рис. 9. Схема
Ллаетическа Вефор-
ЗчироВанный металл
(После рекристал-
лизации
изменения структуры металла при деформации
и рекристаллизации
Упрочнение металла в процессе пластиче-
сжой деформации называют наклепом. Этим яв-
лением часто пользуются для повышения прочности детали или
конструкции (обдувка дробью, обкатка роликом и т. д.).
В результате пластического деформирования зерна размель-
чаются, принимают вытянутую форму, напоминающую по виду
волокна (см. рис. 15). Такое строение металла обладает большим
различием свойств в разных направлениях и не является устой-
чивым.
При нагреве пластически деформированного металла строение
его восстанавливается. Возникают новые зерна с недеформиро-
ванной кристаллической решеткой. Этот процесс называют ре-
кристаллизацией.
Температуру, при которой начинают возникать новые зерна
С «'едеформированной решеткой, называют температурой рекри-
сталлизации. Эта температура устанавливается экспериментально
Ио изменению различных свойств металла (прочности, пластич-
ности, 'Плотности, электросопротивления и т. д.). На рис. 9 схема-
тически показаны изменения в строении металла в результате
Пластической деформации и рекристаллизации.
15
Искаженность кристаллической решетки в процессе пластиче-
ской деформации можно обнаружить с помощью рентгенострук-
турного анализа, о котором будет сказано ниже.
Деформацию зерен и размельчение их после рекристаллиза-
ций можно наблюдать под микроскопом, а для некоторых метал-
лов (олово) непосредственно невооруженным глазом.
Как видно из рисунка, при рекристаллизации кристалличе-
ская структура восстанавливается и деформированные зерна
вновь приобретают округлую форму.
Процесс пластической деформации может идти одновременно
Степень
деформации
Рис. 10. Изменение величины зерна в
зависимости от степени пластической
деформации
с процессом рекристаллиза-
ции, если деформация проис-
ходит при температуре выше
температуры рекристаллиза-
ции.
В связи с этим различают
два вида обработки металлов
давлением.
Холодной обработкой ме-
таллов давлением называют
обработку, которую ведут
при температуре ниже тем-
пературы рекристаллизации.
При такой обработке металл
наклепывается.
Горячей обработкой ме-
таллов давлением называют
обработку, которую ведут
при температуре выше тем-
пературы рекристаллизации.
При такой обработке пласти-
чески деформированный металл рекристаллизуется в процессе об-
работки давлением.
Размер получающихся новых зерен зависит от степени пласти-
ческой деформации, сообщенной металлу, и от температуры на-
грева, при которой идет процесс рекристаллизации.
Чем выше температура нагрева, тем больше размер обра-
зующихся новых зерен.
Влияние степени пластической деформации схематически
представлено на рис. 10. Вначале с увеличением степени дефор-
мации размер зерна при рекристаллизации сильно воорастает, за-
тем с дальнейшим увеличением степени деформации уменьшается.
Степень деформации, дающая максимальный размер зерна
при нагреве, называется критической. При ковке, прокатке
и других видах обработки нужно следить за тем, чтобы металл
не приобретал критической степени деформации, иначе при после-
дующем нагреве получается крупнозернистый металл с плохими
свойствами.
16
Строение сплавов. Металлическими сплавами, как уже ука-
зывалось, называются сложные материалы, полученные путем
сплавления одного металла с другими металлами или неметал-
лами.
При сплавлении металлы и неметаллы взаимодействуют между
собой и образуют либо химические соединения, либо твердые рас-
творы, либо, что очень редко, остаются в химически чистом виде.
Химические соединения характерны тем, что атомы
элементов, образующих сплав, объединяются в определенном ко-
личестве. Состав соединения может быть выражен химической
формулой.
Твердые растворы характеризуются тем, что в атомно-
кристаллическую решетку основного металла — растворителя
входят атомы растворенного вещества.
Рис. 11. Кристаллические решетки:
ft—чистого металла; б — твердого раствора замещения; в —
твердого раствора' внедрения
Атомы растворенного вещества могут либо замещать атомы
растворителя, образуя так называемый твердый раствор
замещения, либо внедряться в решетку растворителя, обра-
зуя твердый раствор внедрения. Решетки таких твер-
дых растворов в виде схемы показаны на рис. 11.
В результате вновь образовавшийся сплав может состоять либо
только' из химического' соединения, либо только из твердого рас-
твора. В этих случаях сплав называют однородным.
Чаще всего сплавы состоят частично из химического соедине-
ния и частично1 из твердого раствора. В этих случаях сплав будет
уже неоднородным. Его строение (структура) будет харак-
теризоваться механической смесью из химического со-
единения и твердого раствора.
Сплав можно получить из двух элементов. В этом случае его
называют двои и ы м. Если сплав получен из нескольких элемен-
тов, его называют соответственно тройным, четвертным
и т. д.
С целью облегчения изучения сплавов их объединяют в си-
стемы сплавов.
К данной системе относят все сплавы, которые могут образо-
вать два или несколько элементов, различающихся между собой
лишь количеством элементов, образующих сплав, т. е. концентра-
цией этих элементов.
17
Так, например, все стали и чугуны являются сплавами системы
железа и углерода, но различаются между собой количеством
этих элементов.
Для изучения сплавов выбранной системы строят диаграм-
му состояния, 'по которой определяют структурные пре-
вращения и связанные с ними изменения свойств при нагреве и
охлаждении, температуры горячей обработки металлов давле-
нием, режимы термической обработки и др.
Построение диаграммы состояний. Если сплав получен из
двух металлов, то диаграмма состояний имеет два измерения. На
Рис. 12. Построение диаграммы Fe—С
одной оси — вертикальной — откладывают температуры, при ко-
торых сплав изменяет свое строение. Эти температуры называ-
ются критическими температурами, или критическими точками. На
второй оси — горизонтальной—откладываются концентрации
сплавов, т. е. содержание элементов, составляющих сплав, выра-
женное чаще всего в весовых процентах.
На координатную сетку наносятся значения всех критических
точек, определенных по кривым охлаждения, построенным опыт-
ным путем.
Затем все критические точки сплавов данной системы соеди-
няют, в результате чего образуются линии диаграммы состояний.
Кривые охлаждения для сплавов строятся таким же образом, как
для чистых металлов. Пример построения диаграммы железо—
углерод показан на рис. 12.
§ 3. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Макроанализ. Макроанализом (макроскопическим анализом)
называется изучение структуры металла пли сплава невооружен-
ным глазом или с помощью лупы при небольшом увеличении
(до 30 раз).
18
Структура металла при этом может изучаться либо непосред-
ственно на поверхности либо в изломе (рис. 13) детали или
специально приготовленного для этой цели образца.
Рис. 13. Излом валика
Образцы для макроанализа изготовляются путем вырезки из
детали или отливки.
Подлежащая исследованию поверхность металла тщательно
шлифуется на наждачной бумаге разных размеров и протравли-
Рис. 14. Усадочная раковина
в стальной отливке
вается. Подготовленная таким образом поверхность называется
макрошлифом.
Травление производится специальными реактивами. Так, для
«глубокого» травления, выявляющего волокнистое строение ме-
19
талла (трещины, газовые пузыри, поры и т. д.) используется
концентрированные растворы кислот и их смесит в горячем или
кипящем состоянии.
Макроанализ позволяет выявить различные пороки в литых
деталях и отливках (рис. 14); волокни-
стое строение в кованых, штампованных,
прокатных деталях (рис. 15); химическую
неоднородность и различные пороки свар-
Рис. 15. Волокнистое строение'
а — заготовки; б — заклепки
ных деталей (рис. 16), неоднородное распределение вредной при-
меси — серы в стальных деталях.
Рис. 16. Макроструктура сварного шва:
а — сварка стали; б — сварка меди
Изучение изломов стали и чугуна позволяет судить о нали-
чии внутренних пороков металла: усадочных раковин, газовых
пузырей и пор в литых деталях, трещин и волосовин, образовав-
шихся в результате прокатки металла с внутренними пороками.
Кроме того, анализ излома стали позволяет судить о размере
зерна, о степени однородности структуры по сечению (рис. 17),
о наличии перегрева или пережога металла.
20
Рис. 17. Макроструктура зубьев
шестерни закаленной токами
высокой частоты
свете).
Микроанализ. Микроанализ (микроскопический анализ)'
представляет собой исследование, структуры металла при больших
увеличениях с помощью специального металлографического мик-
роскопа, предназначенного для изучения металла.
F Металлы и сплавы подвергаются микроанализу с целью
исследования общей структу-
ры (типа структурных состав-
ляющих, их величины, формы
и расположения), наличия не-
металлических включений и
различных дефектов (крупное
зерно, перегрев, пережоги т. д.),
контроля качества тепловой об-
работки металла.
Используемый для исследо-
вания металлов металломик-
роскоп позволяет рассматри-
вать предмет в отраженном све-
те (в отличие от биологическо-
го микроскопа, где предмет
просматривается в проходящем
На рис. 18, а показаны внешний вид отечественного микро-
скопа МИМ-6 и его схема (18, б).
Основными частями микроскопа являются: лампа 7, которая
питается током от городской сети через трансформатор . Я Свет
от лампы проходит через линзу 2, от которой через светофильтры
и диафрагму (ограничитель) 4 попадает на полупрозрачную
стеклянную пластинку, расположенную в верхней части микро-
скопа под предметным столиком 5. Луч света отражается от
пдабтинки и, пройдя объектив (линзу, расположенную около от-
верстия под предметным столиком, на котором устанавливается
исследуемый объект—шлиф), падает на плоскость шлифа. От
шлифа световой луч отражается, проходит линзу — окуляр 3 и
направляется в глаз наблюдателя.
При фотографировании луч света от шлифа направляется на
фотопластинку 8.
Регулирование фокуса достигается подъемом или опусканием
предметного столика 5 с помощью винтов 6 (более точное регу-
лирование) и 7 (более грубое).
При травлении отдельные части зерна и различные структур-
ные составляющие травятся по-разному (рис. 19). Те составляю-
щие, которые протравятся сильнее, образуют на поверхности
шлифа впадины. Если луч попадет в такую впадину, то он отра-
зится в сторону и не попадет в объектив и в глаз наблюдателя.
Это место' будет казаться темным пятном.
Применяемые в настоящее время оптические микроскопы 'по-
зволяют обнаруживать частицы размером до 0,2 микрома при
максимально возможном увеличении до 1500—2000 раз. Боль-
21
a)
Минрошлшр
Рис. 18. Металлографический микроскоп МИМ-6
и его схема
шее увеличение можно получить при помощи электронного
микроскопа, максимальное увеличение которого составляет
100 тыс. раз.
Структура металла при просматривании ее электронным
микроскопом, так же как и оптическим микроскопом, будет
проявляться в виде светлых и
темных мест.
Рентгеноанализ. Рентгенов-
ский анализ металлов и спла-
вов основан на использовании
рентгеновских лучей.
Рентгеновские лучи образу-
ются при столкновении быстро-
летящих электронов с каким-
либо металлом. Возникающие
при этом лучи названы, рентге-
новскими лучами ПО имени фи- Рис. 19. Схема отражения лучей от
зика Рентгена, впервые открыв- плоскости шлифа после травления
шего их в 1895 г.
По своей природе рентгеновские, лучи . представляют собой
электромагнитные колебания, длина волны которых в 10 тыс. раз
короче длины волны видимых лучей.
§ 4. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Металлические изделия широко применяются во всех областях
промышленности, поэтому к ним предъявляются различные тре-
бования.
Для того чтобы судить о том, будет ли данный металл или
сплав пригоден для изготовления детали или конструкции, необ-
ходимо знать, какими свойствами он обладает.
Свойства металлов подразделяются на три группы: физиче-
ские, механические и химические.
К физическим свойствам относят удельный
вес, плотность, температуру плавления, тепло-
вые свойства (теплопроводность, тепловое рас-
ширение тел и др.),электрические и магнитные.
К химическим свойствам, играющим большую роль
в эксплуатации машин и конструкций, прежде всего следует
отнести способность металла сопротивляться
окислению (коррозии) при обычной и повышен-
ных температурах, на воздухе, в газовых или
жидких средах.
Помимо перечисленных свойств, металлов, которые не яв-
ляются обязательными для всех изделий и деталей, имеются
свойства, необходимые для всех деталей и конструкций. К ним
следует отнести механические свойства — прочность, пла-
стичность и др. Эти свойства будут рассмотрены отдельно.
Нет такого материала, который бы обладал всеми перечис-
ленными и в равной мере хорошими свойствами.
23
Поэтому необходимо уметь выбрать именно то сочетание
свойств, которое бы обеспечило нормальную работу изделия в
эксплуатации.
Рассмотрим некоторые физические свойства металлов.:
Удельный вес и плотность. Конструкции и детали, применяе-
мые в точном приборостроении, авто- и самолетостроении,
должны обладать при высокой прочности и пластичности не-
большим весом. В связи с этим такие детали и конструкции
изготовляются из металлов и сплавов, обладающих небольшим
удельным весом.
Удельным весом называется вес вещества в единице объема.
Обычно вес вещества при определении удельного веса вы-
ражают в Г (грамм-сила), а объем — в слЛ Тогда удельный
вес d определится формулой:
и
где Р — вес вещества в Г;
V — объем вещества в см3,
Г Г 1
т. е. удельный вес « измеряется в --- .
| см3 J
Наименьшим удельным весом из всех металлов, используемых
в технике, обладают магний (1,74) и алюминий (2,6). В связи
с этим широко применяют сплавы на основе алюминия (дюралю-
миний, силумин) и сплавы на основе магния.
Плавкость. От некоторых деталей, нагревающихся в процес-
се работы, требуется высокая температура плавления. Приме-
ром этому может служить нить накала обычной электрической
лампы. Эта нить, помимо особых электрических свойств, должна
иметь высокую температуру плавления, или, как
говорят, материал должен быть тугоплавким.
К тугоплавким металлам следует отнести вольфрам, молиб-
ден, титан, ванадий.
Наряду с этим имеются металлы с низкой температурой
плавления — легкоплавкие. Такие металлы имеют ряд
технологических преимуществ. Так, баббиты — подшипниковые
сплавы на основе легкоплавких материалов (олово, свинец)—
имеют то преимущество перед бронзами, изготовляемыми из
более тугоплавких материалов (медь), что могут непосредствен-
но заливаться в подшипники. Бронзовые подшипники должны
вытачиваться отдельно и вставляться в гнездо с предваритель-
ной подгонкой.
К легкоплавким металлам, имеющим самостоятельное при-
менение в технике, можно отнести ртуть, олово, свинец, цинк,
алюминий.
Тепловое расширение металла. Известно, что все металлы
при нагреваний расширяются, а при охлаждении сжимаются.
Степень увеличения или уменьшения первоначального размера
24
металла при изменении температуры на один градус характе-
ризуется коэффициентом линейного расширения.
1 Таким образом, длина /и какой-то детали после нагрева на
температуру t° составит:
Z — Zq (1 -[- rzZ),
где а — коэффициент линейного расширения.
При наблюдении за изменением объема детали используют
коэффициент объемного расширения, который
определяется как утроенный коэффициент линейного расши-
рения.
Материалы, имеющие большой коэффициент расширения,
применяются в приборостроении для деталей автоматически
действующих механизмов. При определенной температуре такие
детали, удлиняясь, могут включать либо размыкать электриче-
скую цепь.
Минимальный коэффициент линейного расширения имеет
сплав Fe — Ni, называемый инваром. Его коэффициент расшире-
ния в 8 раз меньше железа.
Теплопроводность. Различные детали теплотехнической
аппаратуры — радиаторы автомобилей и самолетов, внутренние
стенки рабочих камер холодильных установок, стенки котлов
и т. д. — должны обладать способностью хорошо проводить
тепло.
Детали и инструменты, подвергающиеся в процессе работы
местным разогревай, также должны быстро отдавать это тепло,
чтобы не (наступало оплавление.
Способность проводить тепло называется теплопроводностью.
Лучшей теплопроводностью обладают чистые металлы, та-
кие, как Си, Ag, Al.
Электропроводность. К. материалам, используемым в элек-
тротехнике, могут предъявляться два противоположных требо-
вания: либо они должны обладать способностью хоро-
шо, т. е. без потерь на тепло, проводить элек-
трический ток, либо, наоборот, разогреваясь, из-
лучать тепло при прохождении через провод-
ник электрического тока.
Эти два противоположных свойства называются электропро-
водностью и электросопротивлением.
Хорошая электропроводность необходима для токонесущих
проводов. Обычно такие провода изготовляются из чистых ме-
таллов Си или AI, так как они обладают хорошей электропро-
водностью.
При изготовлении спиралей электронагревательных при-
боров необходимо, чтобы при прохождении тока спираль разо-
гревалась и производила нагрев окружающей ее среды. Обычно
в качестве такою материала применяют не чистые металлы,
а сплавы, чаще всего сплавы Ni и Сг (нихромы).
25
Магнитные свойства. Такие же различные требования предъ-
являются к материалам, идущим на изготовление постоянных
магнитов и сердечников электромагнитов.
Постоянные магниты необходимо изготовлять из тех мате-
риалов, которые обладают способностью намагничиваться и
сохранять эти магнитные свойства.
Сердечники электромагнитов должны намагничиваться, но
могут не сохранять эти свойства при выключенном электро-
магните.
Наиболее заметными магнитными свойствами обладают Fea
(до температуры 768°), Ni, Со и их сплавы, названные за свои
ярко выраженные свойства ферромагнитными, Другие металлы
не имеют таких магнитных свойств.
Способность намагничиваться оценивается величиной, назы-
ваемой магнитной проницаемостью. Магнитная проницаемость
воздуха принята за единицу. У железа она составляет 2000—
3000 ед.
§ 5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПОСОБЫ
ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Большинство деталей машин находится в эксплуатации под
воздействием внешних сил. При этом характер внешних сил мо-
жет быть самым разнообразным. Иногда внешняя сила действует
постоянно в течение длительного времени или статически.
Могут быть другие условия работы, когда внешняя сила дей-
ствует непродолжительное время и действие имеет ударный
характер. В этом случае нагрузка имеет динамический
характер. Наконец возможны случаи длительного воздействия
многократно повторяющейся силы. Усилие носит пульсирующий,
повторно-переменный, или, как называют иначе, циклический
характер. Детали или конструкции в этом случае работают,
как говорят, на выносливость (или усталость).
Для того чтобы решить, какой материал может быть исполь-
зован для изготовления той или иной детали или конструкции,
необходимо знать механические свойства этого материала.
Механическими свойствами материала называется совокуп-
ность свойств, характеризующих способность материала сопро-
тивляться воздействию внешних усилий. Способность сопротив-
ляться у всех материалов зависит, во-первых, от того, каким
образом прикладывается усилие (статически, динамически или
циклически), во-вторых, от того, какой характер имеет внешнее
усилие — растягивающее, сжимающее, крутящее, изгибающее
и т. п.
Статические испытания на растяжение. Испытание на растя-
жение производится путем растяжения специально приготовлен-
ного для этой цели образца на испытательной машине.
Механические свойства материала, определяемые при этих
испытаниях, объединяют в две группы;
26
прочностные свойства (предел упругости, предел
пропорциональности, предел текучести, предел прочности) и
пластические свойства (относительное удлинение, от-
носительное сужение).
При этом под прочностью понимают способ-
ность металла сопротивляться разрушению
под действием внешних нагрузок.
Под пластичностью —способность под дей-
ствием нагрузок принимать новую форму не
разрушаясь.
Стандартным образцом для испытания на растяжение яв-
ляется образец, показанный
на рис. 20, а.
Диаметр стандартного
образца выбирается в зави-
симости от мощности маши-
ны и предполагаемой проч-
ности материала. Расчетная
длина цилиндрической части
определяется соотношением
/0—1 lOdo, где d0 — его на-
чальный диаметр. Все осталь-
ные размеры образца опре-
деляются конструкцией за-
хватных устройств испыта-
тельной машины.
При испытании листового
материала применяется об-
разец, показанный на рис.
20, б. Толщина образца определяется толщиной листового мате-
риала, ширина — мощностью машины и предполагаемой проч-
ностью материала.
Расчетная длина образца устанавливается из соотношения
/о = 11,3 У" Fо, где Fo — начальная площадь его поперечного се-
чения.
Определение механических свойств производят обычно по
диаграмме деформации, записываемой самой испыта-
тельной машиной.
Диаграмма деформации показывает зависимость изменения
длины образца при постепенном возрастании величины прилагае-
мого усилия (рис. *21).
В первый момент испытания длина образца увеличивается
пропорционально нагрузке — чем больше растягивающее усилие,
тем больше увеличение длины.
При этом образец деформируется упруго, т. е. при устранении
нагрузки образец примет свою первоначальную длину. Такая де-
формация носит название упругой деформации.
При достижении нагрузки Pg в металле возникает заметная
27
Рис. 20. Эскизы стандартных образцов
для испытания на растяжение:
а — цилиндрического; б — плоского
пластическая деформация — сдвиги слоев металла от-
носительно друг друга, и при устранении нагрузки образец не
принимает своей первоначальной длины.
Нагрузка, отвечающая этому моменту Ps, называется нагруз-
ке й предела 'текучести.
Отношение этой нагрузки к площади поперечного сечения на-
зывают пределом текучести.
Ps Г кг ]
аз = р “ '
Го [.И.И-]
где Fo — первоначальная площадь поперечного сечения образца
в мм2.
Рис 21. Диаграмма деформации при испытании металлов
на растяжение
Как видно из формулы, предел текучести измеряется в кг/мм2.
Величины, выраженные в таких единицах, называют напря-
жением.
Таким образом, пределом текучести называют напряжение, при
котором начинает развиваться заметная пластическая дефор-
мация.
При дальнейшем увеличении нагрузки за пределом текучести
прямолинейной зависимости между нагрузкой и длиной образца
уже нет. Наконец наступает такой момент, когда нагрузка начи-
нает падать, а в образце намечается образование сужения попе-
речного сечения (образование шейки).
Максимальную нагрузку, которую выдержал образец, назы-
28
вают нагрузкой предела прочности, а напряжение, отвечающее
этой максимальной нагрузке, — пределом прочности.
„ _Ртах Г Кг 1
* Fq [.н.и2]'
Таким образом, пределом прочности называют максимальное
напряжение, выдержанное образцом.
Дальнейшее растяжение образца сопровождается образова-
нием все более сужающейся шейки и падением нагрузки. Вслед
за этим наступает разрушение образца.
Пределы прочности и текучести характеризуют прочность ма-
териала.
Другой, не менее важной характеристикой является пластич-
ность.
Рис. 22. Изменение образца в результате растяжения:
а — образец до испытания; 6 — образец после испытания
При испытании на растяжение пластичность определяют
двумя величинами: относительным удлинением и относительным
сужением.
Для того чтобы понять, как эти величины определяются, сле-
дует образец до испытания сопоставить с разрушенным образ-
цом, как это сделано на рис. 22. После разрушения образец ока-
зался длиннее, но он сузился, особенно в месте образования
шейки.
Относительное удлинение определяет, на
какую величину образец удлинился после рас-
тяжения по отношению к первоначальной дли-
не, Эта величина обозначается буквой 3 (дельта) и выражается
в процентах:
8 = -—^-100%,
4?
где 10 — начальная расчетная длина образца в мм;
I —конечное значение расчетной длины в мм.
Относительное сужение характеризует сте-
пень уменьшения площади поперечного сече-
29
ния в шейке. Обозначается эта величина буквой Ф (пси) и
выражается в процентах:
6= Fn~~F--l00%,
Где F() — первоначальная площадь в лл2;
F —- площадь в шейке в мм2.
Испытательные машины, применяемые для определения меха-
нических свойств металлов при растяжении, очень разнообразны
Рис. 23. Испытательная 4-тонная машина
ИМ-4р
как по способу созда-
ния растягивающего
усилия, так и по спосо-
бу определения этого
усилия и деформаций
образца.
Испытательные ма-
шины снабжены специ-
альным нагружаю-
щим механизмом
для создания у с и-
л и й. Эти механизмы
бывают механического
и гидравлического дей-
ствия.
Для определения
этих усилий и дефор-
маций образца при ра-
стяжении машины снаб-
жаются силоизме-
рительными ус-
тройствами раз-
ных типов. Эти
устройства в большин-
стве случаев имеют диа-
граммный аппарат, по-
зволяющий автоматиче-
ски записывать диаграмму деформации. По этой диаграмме и
определяются прочностные и пластические свойства металла.
На рис. 23 показан общий вид разрывной 4-тонной машины.
Образец зажимается в захваты машины 4. Нижний захват
опускается с помощью механического привода 1, смонтирован-
ного в нижней части машины.
Верхний захват связан с маятником 3, который, отклоняясь
на определенный угол, уравновешивает силу, тянущую образец
вниз. Угол отклонения маятника соответствует нагрузке, прикла-
дываемой к образцу 5. Эта нагрузка, а также растяжение об-
разца отмечаются на диаграммном аппарате 2 в виде диаграммы
деформации, показанной на рис. 21.
Методы определения твердости. Твердость — это способность
30
металла сопротивляться проникновению в него другого, более
твердого тела. „ ,,
Твердость является весьма важной характеристикой, так как
о связана с такими основными характеристиками металлов и
сплавов, как прочность, износостойкость и др.
В настоящее время имеется много способов определения твер-
Рис. 24. Пресс типа Бринелля
т вер-
ен и е м
т (ме-
Б р и н е л л я). Стальной
пости металлов. Рассмотрим
некоторые из них, наиболее
широко применяемые в про-
мышленности.
Определение
до стн вд а вл и в
стального ш а р ика
тод 1 .
шарик, изготовленный из зака-
ленной шарикоподшипниковой
стали, под действием усилия
вдавливается в поверхность ме-
талла.
С помощью специальной лу-
пы измеряется диаметр лунки.
По таблицам, приложенным к
прибору, определяется значение
твердости НЕ.
Для испытания применяют
специальный пресс типа Бри-
нелля, внешний вид которого
показан на рис. 24.
Стальной шарик крепится в
оправке 2. Исследуемый обра-
зец ставится на предметный
столик 1 и поднимается к шарику штурвалом 4. При включении
мотора 5 грузы пресса 3 опускаются и вдавливают стальной ша-
рик в образец.
Для стали значение твердости, определенное этим методом,
связано с пределом прочности соотношением, которым на прак-
тике иногда пользуются:
^ = 0,33 — 0,36?^.
Определение твердости по глубине вдавли-
вания алмазного конуса (метод Роквелла). Ал-
мазный конус с углом при вершине 120° вдавливается в металл
предварительной постоянной нагрузкой 10 кг, а затем полной
нагрузкой 60 или 150 кг. Для испытания используют специаль-
ный пресс, внешний вид которого показан на рис. 25.
Алмазный конус крепится в оправке 4. Образец устанавли-
вается на столик 3 и поднимается с помощью штурвала 2 до на-
ГРузки 10 кг. Ручка I освобождает грузы 6, которые создают уси-
31
лие для вдавливания конуса в металл. Глубину вдавливания, т. е.
значение твердости, отмечает индикатор о.
Значения твердости этим методом определяются по разности
Рис. 25. Прибор типа Роквелла
глубины вдавливания ал-
мазного конуса под действи-
ем полной и предваритель-
ной нагрузок. Чем тверже
металл, тем па меньшую
глубину проникает алмаз
при вдавливании, тем боль-
ше будет число твердости.
Стандартной нагрузкой
при этом методе является
150 кг. Обозначается твер-
дость Hrc. В некоторых слу-
чаях, например при измере-
нии твердости на тонком об-
разце или при измерении
твердости поверхностного
слоя металла, нагрузку при-
меняют до 60 кг.
На этом же приборе
можно производить измере-
ние твердости мягких мате-
риалов (цветные металлы,
отожженная сталь).
В этом случае исполь-
зуют стальной закаленный
шарик диаметром 1,59 мм (Vie") - Стандартной нагрузкой является
100 кг, и величина твердости обозначается индексом
Рис. 26. Прибор для определения твердости
ударным вдавливанием шарика
32
на
по
на
Рис. 27. Прибор для определения твер-
дости способом упругой отдачи
Определение твердости динамическим вдав-
ливанием шарика. При изменении твердости массивных
деталей и конструкций, когда нельзя использовать описанные
выше приборы, применяют переносный прибор, показанный
рис. -26.
В прибор закладывают эталонный образец 1. При ударе
прибору молотком специальный шарик 2 наносит отпечатки
исследуемый предмет и эта-
лонный образец, твердость
которого известна.
Сопоставляя значения диа-
метров лунок образца и де-
тали по таблицам, опреде-
ляют твердость детали.
Определение твер-
дости методом упру-
гой отдачи. В тех слу-
чаях, когда нельзя приме-
нять методы вдавливания,
чтобы не испортить поверх-
ности изделия, используется
прибор, определяющий твер-
дость методом упругой от-
дачи.
На рис. 27 показан внеш-
ний вид прибора. С посто-
янной высоты на металл
падает определенного веса
боек и отскакивает. По ве-
личине
дости.
дость,
бойка.
Производительность это-
го метода испытаний очень
велика (несколько сот измерений в час). Однако применять его
можно только для сравнения между собой твердости изделий из
одного и того же металла или из металлов, имеющих одинаковые
упругие свойства.
Испытание на удар. Весьма распространенным видом меха-
нических испытаний является испытание на удар.
С помощью таких испытаний можно выявить склонность
к хрупкости, появляющейся в некоторых материалах при низких
Температурах («хладноломкость»), а также к тепловой хрупкости,
•возникающей в процессе работы при повышенных темперачурах,
Проконтролировать качество обработки металла и т. д.
Испытание чаще всего производится на маятниковых копрах;
внешний вид одного из них показан на рис. 28. Копер представ-
2-1468 33
отскока судят о твер-
Чем больше твер-
тем больше. отскок
ляет собой тяжелый маятник 1, подвешенный на легкой штанге 2.
Перед испытанием маятник поднимается на определенную вы-
соту, что сообщает ему определенный запас энергии. При паде-
нии маятник ударяется об образец 4, разрушает его и по инер-
ции проходит вперед, поднимаясь уже на меньшую высоту. Ра-
бота, затраченная на деформирование образца Аде$, пропорцио-
нальна разности высот и
определяется с помощью от-
счетного приспособления 3,
установленного на станине
копра.
Образец для этого вида
испытания представляет со-
бой призматический брусок
размером 10X10X55 с про-
резью посередине.
При этом испытании
устанавливается величина
ударной вязкости, ко-
торая определяется от-
ношением работы, за-
траченной на дефор-
мацию образца, к
площади поперечно-
го сечения образца
в надрезе.
а = Гугл£]
Рнадр 1.СЛ2 J-
Технологические пробы.
Технологически-
ми пробами называют
испытания материала с
Рис. 28. Копер для определения меха- ЦСЛЬЮ выявления ПрИГОД-
нических свойств при ударе ности его к тому или иному
виду обработки.
Технологические пробы весьма разнообразны. Они служат
лишь для качественной или сравнительной оценки металла.
Обычно проведение технологической пробы оговаривается тех-
ническими условиями. Как правило, размеры образцов и условия
испытания должны быть строго одинаковыми, лишь в этом слу-
чае результаты могут сравниваться.
В качестве показателей пригодности металла для каждого
вида пробы выбираются свои характеристики. Такими характери-
стиками могут служить угол загиба, степень обжатия, число пере-
гибов проволоки до возникновения первых признаков разрушения,
степень высадки и т. д.
В качестве примеров приведем следующие технологические
пробы;
Рис. 29. Технологическая проба на загиб
Рис. 30. Технологическая проба Рис. 31. Проба на осадку в холодном
сварных швов состоянии
Рис, 32. Проба на загиб
трубы
1. Проба на загиб в холодном и нагретом состоянии. Схема-
тически она показана на рис. 29. Загиб может производиться до
определенного угла, либо до параллельности сторон, либо до со-
прикосновения сторон. Металл, выдерживающий пробу, не дол-
жен иметь трещин.
Такая проба определяет способность металла принимать за-
данный по размерам и форме загиб.
2. Испытание на загиб сварных швов (рис. 30) определяет
качество сварного шва.
Испытание производят до
появления первых трещин.
Угол загиба а характери-
зует качество сварки. Чем
больше угол, тем сварка
более качественная.
3. Проба на осадку в
холодном состоянии (рис.
31) позволяет определять
способность металла к за-
данной по размерам и
форме деформации сжа-
тия. Образец считается
до заданной высоты h в нем
Рис. 34. Проба на навивание проволоки
выдержавшим пробу, если при осадке
не появились трещины или изломы.
4. Проба на загиб трубы в холодном и горячем состоянии
(рис. 32) выявляет способность металла трубы принимать задан-
ный по размерам и форме загиб. Испытание состоит в загибе
заполненного сухим песком или канифолью отрезка трубы на 90°
вокруг оправки. После загиба труба не должна иметь трещин,
волосовин, надрывов, расслоений.
5. Проба на перегиб проволоки производится с целью выявле-
ния способности проволоки выдерживать повторный загиб
(рис. 33). Число перегибов до разрушения свидетельствуете спо-
собности металла выдерживать многократные перегибы.
6. Проба на навивание проволоки (рис. 34).
Глава II
ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
Наиболее широкое применение в современном машинострое-
нии имеют железоуглеродистые сплавы — сталь и чугун.
Сталь — это сплав железа с углеродом; содержание углерода
в стали не превышает 2%.
К сталям относятся техническое железо, конструкционная и
и инструментальная сталь.
Чугуном называют сплавы железа с углеродом, в которых со-
держание углерода превышает 2%. Среднее содержание угле-
рода в чугуне 2,5—3,5%.
36
Кроме железа и углерода, в сталях и чугунах присутствуют
поимеси; кремний и марганец в десятых долях процента (0,15—
0 60%), сера 11 Ф0СФ°Р в сотых долях процента (0,05—0,03%) ка-
ждого элемента.
Сталь с содержанием углерода до 0,7% применяется для изго-
товления листов, ленты, проволоки, рельсов, таврового и уголко-
вого железа и различного фасонного профиля, а также для мно-
гочисленных деталей в машиностроении (шестерни, оси, валы,
шатуны, болты, молотки, кувалды и т. п.).
Сталь с содержанием углерода свыше 0,7% применяется для
изготовления различного режущего инструмента (резцы, сверла,
метчики, бородки, зубила и др.). Свойства стали зависят от со-
держания углерода. Чем больше углерода, тем сталь прочнее и
тверже.
Машиностроительный чугун применяют для производства от-
ливок всевозможных деталей машин.
По составу*й строению чугуны делятся на белый, серый и ков-
кий. Ковкий чугун получается в результате специальной обра-
ботки белого чугуна. В белом чугуне весь углерод находится в хи-
мически связанном состоянии с железом (ЕезС -—цементит), что
придает этому чугуну большую твердость и хрупкость и плохую
обрабатываемость.
В машиностроении белый чугун применяют для изготовления
отливок, отжигаемых на так называемый ковкий чугун. При от-
жиге цементит разлагается па железо и свободный углерод,
и отливки приобретают невысокую твердость и хорошую обраба-
тываемость.
Наиболее широкое применение в технике имеет серый чугун,
в котором большая часть углерода находится в свободном состоя-
нии, в виде графита. Этому способствует высокое содержание
кремния. Такой чугун обладает хорошими литейными качествами
и .применяется для производства чугунных отливок. Детали из
этого чугуна получаются путем отливки в земляные или метал-
лические формы (станины,, шестерни, цилиндры, блоки и т. п.).
Благодаря наличию свободного углерода (графита) серый чугун
имеет небольшую твердость и хорошо обрабатывается резанием.
В чистом виде железо в природе почти не встречается.
Железо находится в земной коре в виде химических соедине-
ний, чаще всего с кислородом, образуя естественные минеральные
соединения — железные руды, в которых содержание железа до-
ходит до 60—70%.
Общее содержание железа в земной коре составляет око-
ло 4,2%. Сравнительное содержание железа и других металлов
приведено на рис. 35.
Получение железа и стали непосредственно из руды возмож-
но, но в настоящее время оно экономически невыгодно и не имеет
промышленного значения.
37
Основная масса стали производится в такой последователь-
ности: железная руда — чугун — сталь; первоначальным продук-
том переработки железных руд является чугун, из которого раз-
личными способами получают сталь.
Кремний
26,00%
Длюминий %
Кальций 3,25%
Натрий 2,40%
Калий 2,35
Кислород
40, 13 %
Рис. 35. Распределение элементов в земной коре
Мблеза 4,2(7%
Магний 2,35%
водород >, 00%
Остальные !, 87 %
§ 6. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
Производство чугуна из железных’руд осуществляется в спе-
циальных доменных печах и носит название «доменный процесс».
В России первые доменные печи были построены в 1632 г.
вблизи Тулы (Город ищенские заводы).“
В конце XVII в., по указанию Петра I, железоделательное
производство переносится на Урал, где в 1699 г. на реке Невье
был построен первый крупный завод по выплавке чугуна.
Развитие производства чугуна и стали на Урале объяснялось
наличием там богатых железных руд, больших лесных массивов
и многочисленных быстрых рек, энергия которых применялась для
приведения в движение основных механизмов (воздуходувок) ме-
таллургических заводов.
Бурное развитие металлургического производства на Урале
привело к тому, что уже во второй половине XVIII в. Россия за-
няла первое место в мире по выплавке чугуна.
Увеличение объема металлургического производства и усовер-
шенствование его технологии связаны с работами великого рус-
ского ученого М. В. Ломоносова, который в 1763 г. издал свою
книгу «Первые основания металлургии, или рудных дел».
38
До второй половины XIX в. Урал был основной металлургиче-
ской базой России. В конце XIX в. возникает новая металлурги-
ческая база на юге России.
Открытие в 1881 г. огромных запасов железных руд в районе
Кривого Рога и наличие местного топлива (кокса) вызвали бы-
стрый рост металлургического производства на юге России, и уже
к концу первого десятилетия XX в. южные заводы выплавляли
около 3А всего чугуна, получаемого в то время в России.
После Великой Октябрьской социалистической революции,
в годы пятилеток и особенно после решений XIV съезда партии
об индустриализации страны (1925 г.), производство чугуна
стало развиваться быстрыми темпами.
Коренная реконструкция старых заводов и постройка гиган-
тов современной металлургии •— Магнитогорского и Кузнецкого
металлургических комбинатов, вступивших в строй в 1932 г., при-
вели к быстрому росту доменного производства. Количество полу-
чаемого в настоящее время в Советском Союзе чугуна в десятки
раз превышает количество чугуна, производившегося в России
в дореволюционное время.
Многим русским ученым и новаторам принадлежат большие
заслуги в усовершенствовании доменного процесса.
Большой известностью пользовался практик-доменщик
М. К. Курако, внесший конструктивные изменения в устройство
доменной печи, что в значительной степени повысило ее произво-
дительность.
Работами академика М. А. Павлова в области расчета до-
менных печей и усовершенствования технологии доменного про-
цесса широко пользуются в металлургическом производстве.
Много нового внес в улучшение металлургического производ-
ства вице-президент Академии наук СССР академик И. П. Бар-
дин, руководивший строительством Кузнецкого металлургиче-
ского комбината.
Железные руды. Доменный процесс заключается в выплавке
чугуна из железных руд в доменных печах.
Для осуществления доменного процесса нужно иметь в необ-
ходимых количествах подготовленные к плавке железные руды,
топливо, флюсы, огнеупорные материалы.
Руда — это горная порода, содержащая металл; обычно
в руде содержатся металлы в таком количестве, которое позво-
ляет экономически выгодно извлекать металл из руды.
Железные руды представляют собой главным образом окис-
ли железа, соединенные с пустой породой. Пустой породой на-
зывается естественное минеральное соединение, не содержащее
Железа, например кремнезем (SiO2), глинозем (А120з) и др. Для
доменного процесса используются руды, в которых содержание
железа превышает 25—30%.*
В зависимости от химического состава железные руды под-
разделяются на следующие группы:
39
1. Магнитный железняк (магнетит), прецставляю-
щий собой магнитную окись железа Fe3O,. В чистом виде магне-
тит содержит 72,4% железа и 27,6% кислорода и обладает
магнитными свойствами.
Наиболее мощным месторождением магнитного железняка
является Магнитогорское месторождение, в котором содержа-
ние железа доходит до 62%. В 1940 г. добыча магнитогорской
руды составляла 22,5% от общей добычи руды в СССР.
2. Красный железняк (гематит) — безводная окись
железа (РсгОз). В химически чистом виде гематит содержит
70% железа и 30% кислорода.
Наиболее крупным в СССР месторождением красных желез-
няков (гематитов) является Криворожское месторождение. В пе-
реплавку направляются руды, содержащие 40—60% железа.
3. Бурый железняк (лимонит)—водная окись железа
^РегОз'ЗНгО). В чистом виде лимонит содержит 59,88% же-
леза и 14,43% гидратной воды.
Наиболее крупным месторождением бурых железняков яв-
ляется Керченское месторождение, содержание железа в кото-
ром составляет 32,36%.
Руды этого месторождения отличаются также высоким со-
держанием фосфора (от 0,4 до 1,3%) и присутствием мышьяка
от 0,05 до 0,2%.
Содержание марганца в этих рудах доходит до 11% (в сред-
нем 1,5%).
4. Шпатовые железняки (сидериты) FeCO3. В чистом
виде сидерит содержит 48,3% железа и 37,9% СОг.
Крупное месторождение шпатовых железняков находится на
Южном Урале вблизи Бакальского месторождения бурых желез-
няков.
Подготовка руды к плавке. Подготовка железной руды
к плавке заключается в ее дроблении, сортировке, обогащении
(удалении пустой породы), спекании (агломерации) мелочи,
усреднении химического состава и сортировке по крупности
с целью придания руде однородности по химическому составу
и физическим свойствам.
Дробление осуществляется на специальных машинах — дро-
билках.
При дроблении руды образуется некоторое _ количество ме-
лочи, затрудняющей процесс плавки руды.
Отделение мелочи (грохочение) осуществляется на различ-
ных грохотах, представляющих собой набор металлических сит
или вращающиеся барабаны с отверстиями определенных раз-
меров.
Обогащение железных руд производится с целью удале-
ния из них пустой породы, состоящей из кремнезема, глинозема
« других соединений, и вредных примесей, присутствующих в ру-
дах. Благодаря этому повышается процентное содержание (кон-
40
центрация) железа в руде. Количество железной руды, подвер-
гаемой обогащению, составляет около 25% всей проплавляемой
руды.
В настоящее время применяют следующие основные спо-
собы обогащения железных руд: промывка, гравитация и маг-
нитное обогащение.
Промывка применяется для разрушения и удаления глини-
стых пустых пород. Она осуществляется в специальных промы-
вочных аппаратах.
Гравитационный метод обогащения (отсадка) основан на
различии удельных весов руды и пустой породы. В воде более
тяжелые частицы руды опускаются быстрее зерен пустой по-
роды.
Магнитное обогащение осуществляется на так называемых
магнитных сепараторах. Окислы железа, обладающие магнит-
ными свойствами, притягиваются электромагнитом сепаратора
и отделяются от пустой породы, которая не способна намагничи-
ваться.
Рудная мелочь, образующаяся при дроблении и транспорти-
ровании руды, природные пылевидные руды, руды после обога-
щения (так называемые концентраты) и отходы доменного про-
изводства — колошниковая пыль — неудобны для плавки, они
могут быть использованы в доменном процессе лишь после спе-
кания (агломерации), которое превращает их в кусковой пори-
стый материал.
Спекание руды осуществляется в специальных цехах спека-
ния или на агломерационных фабриках с помощью особых ма-
шин периодического (чаши) или непрерывного действия (лен-
точная машина для спекания).
В этих машинах руда, смешанная с небольшим количеством
.топлива (кокса), нагревается до температуры 1200—1300° и да-
оке выше. Наиболее легкоплавкие частицы руды расплавляются
и смачивают более тугоплавкие, образуя пористую (30—50%
пористости) и достаточно прочную кусковатую массу—агло-
мерат.
В процессе спекания железной руды почти полностью уда-
ляется сера вследствие образования сернистого газа, что еще
в большей степени повышает качество руды.
Наибольшее применение в Советском Союзе имеют ленточные
машины для спекания мелких руд, обладающие производитель-
ностью до 2000 т агломерата в сутки.
Загрузка в доменную печь руды различного химического со-
става вызывает постоянные колебания состава шлаков, расстраи-
вает тепловой режим печи и тем самым мешает достижению вы-
соких технико-экономических показателей работы доменной печи.
-Поэтому перед загрузкой в доменную печь производят усредне-
ние железной руды, т. е. смешивают руды различного химиче-
ского состава.
41
Га»
Га» Воздух
Топливо. Топливо играет очень важную роль в доменном
процессе. Оно не только служит источником тепла для расплав-
ления руды, по участвует в химических реакциях, протекающих
в доменной печи при производстве чугуна.
Качество топлива характеризуется его теплотворной способ-
ностью или калорийностью.
Теплотворной способностью
топлива называется количество
тепла, выделяемое при сжигании
1 кг твердого, жидкого или 1 л-t3
газообразного топлива, выражен-
ное в калориях.
Теплотворная способность ма-
зута 9500—10 000 ккал/кг; есте-
ственного газа — свыше 8000
ккал/м3-, коксовального газа —
3500—4500 ккал/м3; доменного
колошникового газа — 850—1000
ккал/м3', генераторного газа —
1200—1400 ккал!мА-, торфа —
1500—3500 ккал/кг\ бурого уг-
ля — 2500—5000 ккал/кг-, антра-
цита— 6710 ккал!кг\ кокса —
6000—7000 ккал.’кг.
Основным видом топлива при
выплавке чугуна является кокс.
Кокс представляет собой один
из видов твердого искусственного
топлива. Он получается путем на-
грева в особых коксовальных ка-
мерах до температуры 1000—
1100° без доступа воздуха специ-
альных, так называемых коксую-
щихся каменных углей. Схема
устройства одной камеры коксо-
вальной печи приведена на рис. 36.
Коксовальные печи,
или, как их называют, коксовые батареи, содержат 50—70 камер
(Ki, Ка, ТСз), стенки которых выкладываются из огнеупорного
динасового кирпича. Газ, сгорая в простенках П\, П2, нагревает
камеры. Сущность физико-химических процессов, происходящих
при коксовании, заключается в сухой перегонке каменного угля,
начинающейся с температуры около 450°.
Выделяющиеся при этом газы вспучивают массу размягченно-
го угля и образуют в ней поры и трещины. -
Продукты сухой перегонки являются ценным материалом, ис-
пользуемым в самом доменном процессе (коксовальный газ),
а также в различных отраслях промышленности.
42
Рис. 36. Разрез общей камеры
коксовальной печи и обогрева-
ющих простенков:
К,; Кг; Кг — рабочие камеры коксо-
вальной печи; П,; П, — обогревающие
простенки
При коксовании 1000 кг каменного угля получают в среднем
750 кг кокса, около 300 лг3 очищенного коксовального газа, 35 кг
сырой каменноугольной смолы, 12 кг бензола и 3,0 кг крепкого
раствора аммиака.
Г Качество кокса определяется в основном его химическим
составом и механическими свойствами.
Нежелательными примесями в коксе являются зола, содер-
жание которой колеблется в пределах от 8 до 12—14%, и сера
(от 0,5 до 2,0%).
Зола — это нелетучее минеральное соединение, остающееся
после сгорания какого-либо топлива.
Зола уменьшает прочность кокса и увеличивает количество
образующегося шлака.
Присутствие серы ухудшает качество готового продукта —
чугуна.
Механические свойства кокса выше, чем у других видов топ-
лива. Наибольшее значение имеет для топлива сопротивление
раздавливанию, у кокса оно приблизительно равно 150 кг!см?,
даже для самых плохих сортов кокса оно не ниже 100 кг!см2.
При таком сопротивлении раздавливанию кокс выдерживает,
не разрушаясь, вес шихтовых материалов даже в самых больших
доменных печах.
Древесный уголь, который еще в первой половине XVIII в.
был единственным видом топлива в доменном процессе, имеет
в настоящее время весьма ограниченное применение в производ-
стве чугуна. Он представляет собою также искусственное твердое
топливо, получаемое при обжиге различных древесных пород
(березы, сосны, осины).
К достоинствам древесного угля как топлива относятся его
небольшая зольность (около 2%) и незначительное количество
серы; к недостаткам — сравнительно невысокая механическая
прочность (наивысшая прочность на раздавливание в поперечном
направлении 44 кг!см2 для березового угля) и высокая стоимость.
В силу этих особенностей древесный уголь применяется в до-
менных печах небольшого объема (200—300 м3), при выплавке
высококачественного чугуна из руд, содержащих незначительные
примеси серы и фосфора.
Флюсы. Слово «флюс» произошло от латинского слова
«флюкс» — поток, жидкость.
Флюсами называются минеральные вещества, добавляе-
мые в шихту доменных печей главным образом с целью пони-
жения температуры плавления пустой породы и удаления золы,
серы й пустой породы в виде шлака.
Флюсами в доменном производстве почти всегда являются
известняки СаСО3 (углекислая соль кальция).
В химически чистом виде в этой соли содержится 50% СаО
и 44% СО2.
Практически применяются известняки, содержащие до 53—
43
55% СаО и минимальное количество кремнезема, серы и фос-
фора.
Лучшие по составу месторождения известняков находятся на
Южном Урале и в Донбассе, вблизи станции Еленовка.
Огнеупорные материалы. Для постройки доменных и других
металлургических печей применяются материалы, обладающие
достаточной огнеупорностью (высокой температурой плавле-
ния), прочностью и пассивностью при взаимодействии с рас-
плавленными металлами и шлаками.
В зависимости от химического состава различают следующие
огнеупорные материалы: кислые огнеупорные материалы-—
динас; основные огнеупорные материалы — доломит, магнезит
и др.; нейтральные огнеупорные материалы — шамот.
Основой динаса является кремнезем (SiO2), содержание
которого в нем составляет 95—97%.
Температура плавления динасового кирпича 1690—1730°,
температура размягчения 1550—1690°.
Основными огнеупорными материалами являются магнези-
товый кирпич, содержащий MgO до 94% и имеющий темпера-
туру плавления выше 2000е; хромомагпезиговый кирпич, содер-
жащий 26—28% хромистого железняка, 65—67% обожженного
магнезита и 7% железной руды, а также доломитовый кирпич,
содержащий 52—58% СаО, 35—38% MgO и примеси других
окислов (кремния, алюминия, железа).
Температура плавления доломитового кирпича 1800—1950°.
К нейтральным (полукислым и полуосновным) материалам
относятся шамотный кирпич и фасонные изделия, имеющие
наибольшее распространение в металлургической промышлен-
ности. В частности, шамотный кирпич применяется для кладки
стен доменной печи.
В шамотном кирпиче содержится примерно 50—60% SiOj,
до 42% А120з и до 3,0% Fe2O3.
Устройство доменной печи. Доменная печь является шахтной
печью непрерывного действия. Шихта (руда, флюсы и топливо
в определенных соотношениях) загружается через верхнее от-
верстие печи (колошник) и по мере плавления передвигается
вниз к горну печи навстречу поднимающимся вверх газам. >
На рис. 37 представлен вертикальный разрез типовой домен-
ной печи. Верхняя часть печи (/) называется колошником; наи-
более широкая в поперечнике часть (III) — распаром; нижняя
часть печи, в которой происходит горение и накапливаются про-
дукты плавки (чугун и шлак),— горном (V). Пространство печи
между колошником и распаром называется шахтой (II)* печи,
а между распаром и горном — заплечиками (IV).
Полезным объемом печи считают объем, .заполненный шихтой
с продуктами плавки, т. е. объем от горизонта засыпки до вы-
пускного отверстия чугуна (чугунной летки), а полезной высотой
печи — высоту от оси чугунной летки до уровня засыпки.
44
Температура
Рис. 37. Типовая доменная печь на 1300 л3 (вертикальный
разрез-схема):
1 - жидкий чугун; 2 — желоб для выпуска чугуна; «У—чугунная летка;
4 — жидкий шлак; 5— фурмы; 6 — опорное кольцо; 7 — флюс;
Л — топливо; 9 — руда; 10 — кожух; // — капли чугуна; 12 — капля
шлака; /J—броня; И шлаковая летка; 15— желоб для выпуска шлака
Представленная на рис. 37 типовая доменная печь имеет по-
лезный объем 1300 Л13 и может производить до 1800 т чугуна
в сутки. Вес печи с шихтой составляет около 15 тыс. т. Печь
установлена на мощном бетонном фундаменте А диаметром
в широкой части 31 м и общей высотой 8 м.
На выступающей над поверхностью почвы верхней части фун-
дамента (пне) возводится огнеупорная кладка нижней части до-
менной печи Б (лещадь). Стенки доменной печи выкладываются
из высококачественного огнеупорного кирпича — шамота. Наруж-
ная часть доменной печи — горн и заплечики — изготовляется из
листовой стали (броня). Наружная часть шахты также изготов-
ляется из листовой стали (кожух).
Вниз)' кожух шахты заканчивается стальным опорным коль-
цом. Опорное кольцо поддерживает всю кладку шахты и пере-
дает ее вес на стальные колонны, укрепляемые на фундаменте
печи.
Для повышения стойкости футеровки (огнеупорной кладки)
доменной печи горн, заплечики, распар и нижняя часть шахты
интенсивно охлаждаются с помощью специальных металлических
холодильников, в которых циркулирует вода.
В нижней части горна (рис. 37,2) находится отверстие для
выпуска чугуна — чугунная летка. Диаметр чугунной летки
30—60 мм. Это отверстие во время накапливания чугуна в горне
забивается огнеупорной глиной с помощью специального приспо-
собления — воздушной или электрической пушки.
Выше чугунной летки, под углом 90° к ней, находится отвер-
стие для выпуска шлака — шлаковая летка (рис. 37, 4).
В верхней части горна, вблизи заплечиков, располагаются от-
верстия для подачи в доменную печь воздуха, называемые фур-
менными отверстиями. Фурменные отверстия (12—16 шт.) равно-
мерно распределяются по окружности горна. В эти отверстия
вставляют чугунные, охлаждаемые водой (через змеевики) от-
ливки — фурмы.
Шихта подается в доменную печь через верхнее колошниковое
отверстие. Равномерность распределения шихты в печи осуще-
ствляется с помощью специального засыпного аппарата и распре-
делительного устройства. Устройство засыпного аппарата позво-
ляет производить загрузку доменной печи при закрытом колош-
нике.
Процесс загрузки доменной печи полностью механизирован.
Отходящие из печи газы — колошниковые газы — отводятся
по специальным газоотводным трубам и затем после очистки
используются в доменном процессе как газообразное топливо для
подогрева воздуха. Очистка колошникового газа осуществляется
в сухих или мокрых (скруббер) газоотстойниках.
В первом случае колошниковый газ поступает по касательной
в железные цилиндры (циклон-аппараты), в которых твердые ча-
стицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенке
46
цилиндра и опускаются на его дно; во втором случае навстречу
движущемуся газу в специальных устройствах разбрызгивается
рода, увлекающая за собой твердые частицы руды и топлива.
Наиболее совершенным способом очистки газов является элек-
трический, основанный на ионизации твердых частиц под дей-
ствием тока при напряжении 50 000—60 000 в.
Колошниковая пыль, улавливаемая в газоочистителях, яв-
ляется ценным сырьем для доменного процесса и после ее спека-
ния (агломерации) вновь возвращается в шихту доменной печи.
Нагрев воздуха и подача его в доменную печь. Воздух, необ-
ходимый для сжигания кокса, подается в доменную печь через
фурменные отверстия подогретым не менее чем до 800°.
Подогрев воздуха осуществляют в специальных воздухонагре-
вателях— кауперах (рис. 38). Стенки воздухонагревателя выкла-
дывают из шамотного кирпича и обшивают снаружи железным
кожухом. Внутреннее устройство воздухонагревателя состоит из
камеры горения Б и нагреваемой кирпичной насадки из шамот-
ного кирпича А.
Очищенный от пыли колошниковый газ смешивается с возду-
хом в нижней части камеры горения и зажигается. Продукты сго-
рания, имеющие температуру 1250—1350°, поднимаются вверх и
засасываются через кирпичную насадку в нижнюю часть печи.
При этом кирпичная насадка нагревается до высокой темпера-
туры. После достаточного прогрева кирпичной насадки подачу
газа прекращают и начинают продувать через раскаленную на-
садку воздух, который подогревается при этом до температуры
не ниже 850°. По специальным воздухопроводам, выложенным
внутри шамотом, этот воздух подается через фурменные отвер-
стия в доменную печь. Воздух подается специальными машина-
ми—воздуходувками мощностью до 13 500 л. с. Воздуходувка
обеспечивает подачу 3500—4000 .я3 воздуха в минуту под давле-
нием 2,6—3,5 атм в доменную печь с полезным объемом 1300 л3.
Для бесперебойной подачи воздуха в доменную печь обычно
устраивают три воздухонагревателя на одну печь. Схема домен-
ной печи с воздухонагревателями приведена на рис. 39. Один из
воздухонагревателей находится «на дутье», т. е. через него про-
дувают воздух, а два — «на газу», т. е. прогреваются горящим
газом. Обычно период работы «на газу» продолжается около
2 час., а «на дутье»—около 1 часа.
Современные воздухонагреватели оборудованы автоматически
действующими регуляторами для газовых горелок и электриче-
скими приводами для перевода воздухонагревателей с газа на воз-
дух и обратно. Все эти приборы располагаются на рабочей пло-
щадке у доменной печи.
Задувка доменной печи. Доменная печь, вновь построенная
или капитально отремонтированная, тщательно просушивается
в течение 5—6 суток для удаления влаги из огнеупорно/! кладки.
После этого начинается загрузка печи шихтой лучшего качества
47
т“ймв«
холодный
воздух
Горячее
дутое
Рис. 38. Воздухонагреватель современной доменной
печи
/Насад' /на/яруса
\ л! /Насадке /2яруса /
Рабочая
ш площадка
(более прочный малосернистый кокс, кусковая руда). Прежде
всего производится загрузка горна через открытые фурменные
отверстия. На лещадь горна кладется некоторое количество кок-
са, а затем горн до уровня фурм заполняется дровами. Дальней-
шая загрузка ведется через колошник — загружают кокс, затем
кокс с известняком,
количеством руды.
и
а потом кокс с известняком
небольшим
5
S О:
Шлак
Горячее
дцтъе
и ее воздухонагреватели (схематический
разрез)
м
Холодное дцтье
ЖЦ? от воздуходувки
На грануляцию
или в отвал
Чугун
В сталеплавильные
цехи или наразли'
вечную машину
Рис. 39. Доменная печь
Очистка
газа
\tfпотребите -
лям
Горячее
дутье
Первоначально количество кокса в шихте берется в 2,5—•
4 раза больше, чем при нормальной работе печи. Задувка печи,
т. е. момент подачи дутья, начинается после полной загрузки печи.
Зажигание дров и кокса производится при горячем дутье (не
ниже 600°).
Выпуск первого чугуна обычно производится не позднее чем
через 24 часа после задувки, а выпуск первого шлака — через
16—20 час. Задутая печь достигает своей нормальной произво-
дительности на 10—15-е сутки после задувки.
С момента задувки печь в среднем работает непрерывно
5—8 лет, выпуская 2—3 млн. т чугуна.
Основные физико-химические процессы, происходящие в до-
менной печи. Шихтовые материалы в доменной печи постепенно
передвигаются вниз и, встречаясь с газовым потоком при различ-
ных температурах, претерпевают соответствующие изменения в со-
ставе и свойствах. При движении материалов в направлении от
колошника к горну происходят следующие процессы;
49
1) сушка материала;
2) разложение плавильных материалов;
3) восстановление железа и других элементов из окислов;
4) науглероживание восстановленного железа и образование
чугуна;
5) образование шлаков;
6) горение углерода у фурм.
Вдуваемый в доменную печь через фурменные отверстия го-
рячий воздух встречается с раскаленным коксом и происходит
горение кокса по реакции
С 4-О, = СО,.
При этом выделяется большое количество тепла и температура
у фурм повышается до 1700—1800°.
Углекислый газ, взаимодействуя с раскаленным коксом, при-
водит к образованию окиси углерода СО по реакции
СО24~С = 2СО.
Окись углерода является энергичным восстановителем, спо-
собным соединиться не только со свободным кислородом, но и
отбирать кислород из твердых окислов железа и других эле-
ментов.
Разложение плавильных материалов. Продукты сгорания
топлива, поднимаясь вверх навстречу опускающейся шихте, не-
прерывно нагревают ее. Благодаря этому в различных зонах печи
устанавливаются разные температуры.
В верхней части печи при сравнительно невысокой темпера-
туре (100—350°) загруженные шихтовые материалы просушива-
ются и происходит их разложение (выделение химически связан-
ной воды, летучих веществ из горючего, разложение углекислых
солей и т. д.).
Восстановление железа из окислов является
основной целью доменного процесса и происходит при темпера-
туре начиная от 600° и выше.
В железных рудах железо может быть в виде следующих окис-
лов: Fe-Оз, Fe3O-i и FeO. Наиболее легко восстанавливается же-
лезо из окисла F<fcO3, более трудно из Fe3O4 и FeO. Восстановле-
ние железа из окислов происходит в такой последовательности:
Fe,O3 -> Fe3O4 -> FeO -> Fe.
Основными восстановителями в процессе доменной плавки
являются окись углерода (СО) и твердый углерод (С).
Удаление кислорода с помощью СО называется косвенным (не-
прямым) восстановлением и протекает при температуре выше
570° по реакциям:
3Fe,O3 4- СО = 2Fe3O4 СО2 4- 8870 кал;
2Fe3O4 -г 2СО = 6FeO 4- 2СО2 — 9980 кал;
6FeO 4- 6СО = 6Fe 4- 6СО2 4- 19 500 кал-
60
Связывание кислорода твердым углеродом называется пря-
мым восстановлением. Для закиси железа этот процесс может
быть выражен формулой
FeO 4- С — Fe + СО — 34 460 кал.
Реакция прямого восстановления протекает в доменной печи
при температуре 950—1000°.
По данным акад. М. А. Павлова с помощью косвенного вос-
становления восстанавливается 40—60% всей железной руды,
находящейся в доменной печи.
Восстановление окислов железа водородом в доменной печи
осуществляется в той же последовательности, что и восстановле-
ние окисью углерода, но имеет меньшее значение.
Таким образом, железная руда при своем движении к горну
печи постепенно восстанавливается;' количество восстановленного
железа на уровне распара составляет уже около 80%.
В шихтовых материалах доменной печи, помимо окислов же-
леза, находятся также окислы и других элементов (например
Мп, Ni, Сг, V, Si, Р). Окислы этих элементов восстанавливаются
и частично переходят в чугун, частично в шлак. Восстановление
большинства этих элементов осуществляется прямым путем в зо-
не температур 1100—1500°.
Науглероживание железа. Восстановленная железная руда
насыщается углеродом по реакции:
2СО = СО2 + С
С + 3Fe = Fe3C
3Fe+ 2СО = Fe3C -j- COa
Этот процесс наиболее активно протекает п.ри температурах
свыше 820—850° и, как показывают прямые опыты по определе-
нию количества углерода, уже в нижней части шахты и в рас-
паре количество углерода в железе доходит до 1,0%. Дальнейшее
насыщение углеродом происходит уже в расплавленном состоя-
нии, и его содержание в чугуне составляет обычно 3—4%.
Неизбежность науглероживания восстановленного железа
в доменной печи исключает возможность получения из нее в ка-
честве конечного продукта железа или стали. Марганец, хром,
ванадий и титан способствуют науглероживанию чугуна, а крем-
ний, сера и фосфор уменьшают содержание углерода в чуг.уне.
Шлакообразование и его влияние на ход доменной плавки.
Количество образующихся шлаков составляет 50—60% от коли-
чества выпускаемого доменной печью чугуна. Производительность
доменной печи и качество выпускаемого чугуна в значительной
степени зависят от состава и свойств образующихся шлаков.
Шлак образуется при взаимодействии пустой породы (SiO2,
AI2O3), закиси железа (FeO) и известняка (СаСО3).
Образовавшийся вначале первичный шлак постепенно проса-
чивается к горну печи, обогащаясь по пути различными окислами
51
пустой породы, и меняет свой состав и свойства, становясь при
этом более тугоплавким и иногда густым.
Ход доменной плавки и температура горна определяются в
основном свойствами образующихся шлаков.
Легкоплавкие шлаки быстро проходят зону максимальной тем-
пературы, не успевают нагреться и охлаждают горн печи. Более
тугоплавкие шлаки способствуют сохранению в горне высокой
температуры, что особенно важно при плавке специальных чу-
гунов.
Уборка жидких продуктов плавки. Накапливающиеся в горне
печи жидкий чугун и шлак периодически вытекают из горна че-
рез специальную чугунную летку, забитую огнеупорной массой.
Отверстие в ней пробивают или просверливают с помощью спе-
циальных машин или прожигают кислородом.
Жидкий чугун шесть раз в сутки по специальному желобу,
футерованному огнеупорным материалом, сливают в ковши ем-
костью до 80—100 т и транспортируют к месту дальнейшего на-
значения.
Шлак выпускают более часто через шлаковую летку, закры-
ваемую железной конической пробкой, в шлаковозные ковши,
имеющие объем 16 м3. Основные шлаки применяются для изго-
товления цемента, шлаковых кирпичей, гравия. Из шлаков дре-
весноугольных печей изготовляют теплоизоляционную вату.
Некоторые сорта доменного чугуна, например литейный чу-
гун, разливаются в формы в виде слитков — чушек чугуна —
и направляются на машиностроительные заводы для переплавки
на фасонное чугунное литье в вагранках.
Разливка такого чугуна ранее осуществлялась в земляные
формы, а в настоящее время производится с помощью конвейер-
ной разливной машины.
Продуктом доменной плавки является также доменный или
колошниковый газ. Выходящий из доменной печи газ содержит
до 30% окиси углерода. Его теплотворная способность состав-
ляет от 800 до 950 ккал/м?. Этот газ после очистки используется
в качестве топлива в доменном цехе и других цехах металлургиче-
ских заводов для производственных нужд.
Технико-экономические показатели доменного процесса. Про-
изводительность доменной печи определяется значением коэффи-
циента использования полезного объема, подсчитываемого по
формуле
/С = —,
т
где К — коэффициент использования полезного объема печи;
V — полезный объем доменной печи в кубических метрах;
Т — суточный выпуск, чугуна в тоннах.
Из приведенной формулы следует, что чем меньше значение
коэффициента К, тем больше суточная производительность печи.
52
Значение коэффициента К зависит от правильного хода печи,
качества шихтовых материалов, слаженности работы всех меха-
низмов печи, от внимательности и организованности обслужи-
вающего печь коллектива доменщиков. Практика работы домен-
ных печей в Советском Союзе показывает, что применение мето-
дов работы новаторов приводит к снижению коэффицента /( до
0,7 и даже 0,65.
Значение коэффициента К зависит и от сорта выплавляемого
чугуна, так как производительность печи уменьшается при вы-
пуске литейных и специальных чугунов.
Производительность доменной печи зависит от сокращения
простоев и от форсированного ведения плавки, что укорачивает
время пребывания шихты в печах.
Расход топлива зависит от сорта выплавляемого чугуна.
Большое значение для снижения расхода топлива имеет повыше-
ние нагрева дутья.
Проведенные опыты по обогащению воздуха, вдуваемого в до-
менную лечь кислородом, показали, что при содержании кисло-
рода от 25 до 32% производительность печи увеличивается в
1,5—2,0 раза при выплавке ферросилиция. Выплавку всех домен-
ных ферросплавов начиная с 1960 г. предусмотрено производить
на дутье, обогащенном кислородом.
Большие научно-исследовательские работы по изучению про-
цесса доменной плавки, осуществленные в СССР под руковод-
ством акад. Бардина и акад. Павлова, позволили в значительной
степени улучшить конструкцию самой печи, повысить ее произво-
дительность и научно обосновать происходящие в ней физико-
химические процессы.
§ 7. СОСТАВ И СОРТА ДОМЕННЫХ ЧУГУНОВ
В зависимости от химического состава шихтовых материалов
и условий ведения плавки доменный чугун имеет различный со-
став и различное назначение.
Передельный доменный чугун, перерабатываемый
в дальнейшем на сталь, делится в зависимости от способа полу-
чения стали на три класса:
а) мартеновский чугун — перерабатываемый на сталь в мар-
теновских печах с кислой или основной футеровкой;
б) бессемеровский чугун—перерабатываемый на сталь в спе-
циальных аппаратах, называемых бессемеровскими конвертерами
с кислой футеровкой;
в) томасовский чугун — перерабатываемый на сталь в тома-
совских конвертерах с основной футеровкой.
Передельный доменный чугун разных выпусков сливается
в общий копильник (миксер) емкостью до 1500 т. Копильник
представляет собою железный клепаный сосуд, выложенный вну-
три огнеупорным материалом и обогреваемый газом (рис. 40).
53
Рис. 40. Копильник (миксер):
о — внешний вид; б — разрез-схема
Выдержка чугуна в копильнике способствует выравниванию
его химического состава и удалению серы.
Чугун из копильника транспортируется в цехи для перера-
ботки на сталь тем или иным способом.
Литейный доменный чугун. Марки и состав коксо-
вых литейных чугунов приведены в табл. 1 (ГОСТ 4232—49).
В литейных чугунах могут содержаться хром, никель, вана-
дий, которые появляются при переработке железных руд, содер-
жащих эти элементы. Присутствие их повышает прочность чугуна
и его стойкость на истирание. Такой чугун называют природно-
легированным.
Кроме передельного и литейного чугунов, в доменных печах
выплавляют также ферросплавы: ферромарганец и ферросили-
ций, т. е. сплавы железа, богатые марганцем- или кремнием. Эти
сплавы применяются как раскислители при производстве стали.
Некоторые сорта ферромарганца известны также под названием
зеркального чугуна — по зеркальному блеску в изломе (марки
3—1; 3—2).
Природнолегированные чугуны и ферросплавы получаются
в доменных печах или при переработке железных руд, содержа-
щих примеси легирующих элементов (Cr, Ni), или при добавке
в шихту марганцовистой руды, содержащей до 60% марганца.
Плавка в этих случаях ведется при более горячем дутье и при
большем расходе кокса.
Марки и состав доменных ферросплавов приведены в табл. 2.
§ 8. СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ
Основным материалом для производства железа и стали яв-
ляется в настоящее время передельный доменный чугун. Около
90% всего получаемого в доменных печах чугуна перерабаты-
вается на железо и сталь.
В то время, когда развитие железоделательного производства
было еще в зачаточном состоянии (XII—XIII в.), железо изго-
товляли в примитивных сыродутных горнах путем непосредствен-
ного восстановления железной руды древесным углем. Железо
получалось в тестообразном состоянии и содержало много
шлаков.
Начало переработки чугуна на железо и сталь относится
к XIV в., когда для этой цели применяли так называемые крич-
ные горны.
Производимое в таких горнах железо получало название
кричного, или сварочного, железа.
Во второй половине XVII в. возник способ переработки чугуна
на сварочное железо в отражательных пламенных печах (пудлин-
говый способ). Производительность печей такого типа была так-
же невысокой и составляла 500—600 кг за 12—15 час. работы.
Переработка чугуна на сталь в конвертерах. Производство
сварочного железа сохранилось до середины XIX в.
55
Таблица 2 сера не более
фосфор не более
Состав доменных ферросплавов 1 Содержание элементов в марганец
• кремний
углерод
—- CM —• co —' CM
о Q ch о j th
ее
Примечание. Буквы показывают название ферросплавов, а цифры — номер. Например: ФС — ферросилиций; 3 — зеркальный-
ОМ — ферромарганец и др
56
Жидкая сталь получалась в это время путем переплавки сва-
рочного железа с добавкой углерода в тиглях (тигельная сталь).
В течение 1854—1856 гг. Бессемером был разработан новый
способ получения жидкой стали из чугуна.
Сущность этого способа заключается в том, что через рас-
плавленный доменный чугун продувается воздух и кислород воз-
духа окисляет примеси чугуна непосредственно и через закись
железа.
Реакция окисления железа и примесей (Мп, Si) проходит
с выделением тепла (экзотермически), и температура чугуна по
мере выгорания примесей не понижается, а, наоборот, повы-
шается до 1600°. Эта температура превышает температуру плав-
ления стали, и к моменту окончания процесса окисления сталь
остается жидкой.
Производство литой стали по этому способу (бессемерование)
осуществляется в специальных аппаратах (конвертерах), пред-
ставляющих собой грушевидный сосуд из листового железа, вы-
ложенный внутри кислым огнеупорным материалом —динасом
(рис. 41).
В отъемном днище конвертера имеются отверстия для про-
дувки воздуха (фурменные отверстия). Воздух подается под дав-
лением до 2,0 атм. Конвертер с помощью червячной передачи
•может поворачиваться вокруг горизонтальной оси. Положение его
в различных стадиях процесса показано на рис. 41.
Емкость современных конвертеров равна 25—35 т жидкого
чугуна.
Переработке в бессемеровском конвертере с кислой футеров-
кой, или, как говорят, кислому конвертированию, подвергаются
передельные доменные чугуны (бессемеровские), содержащие не-
большое количество кремния (0,9—1,6%) и марганца (0,6—1,2%),
и практически не содержащие фосфора и серы (марки Б1).
Б процессе продувки чугуна в конвертере различают три пе-
риода:
первый период, или «период и с к р», длится около
5 мин. и характеризуется интенсивным окислением железа и при-
месей. Все реакции протекают с выделением тепла (экзотерми-
чески), и температура чугуна в конвертере к концу первого пе-
риода повышается приблизительно до 1550°;
второй период, «период пламени», характери-
зуется интенсивным окислением углерода. Образующаяся при
этом окись углерода заставляет клокотать металл внутри кон-
вертера и, выходя из его горловины, сгорает, образуя длинный
факел пламени. Продолжительность этого периода 4—5 мин.;
третий период, «период дыма», характеризуется
тем, что пламя от горения окиси углерода постепенно исчезает и
из горловины конвертера начинает выделяться бурый дым. Это
является признаком того, что окисление примесей чугуна закон-
чилось и начинается интенсивное окисление железа. Период дыма
5/
Рис. 41. Бессемеровский конвертер
(общий вид и положение при заливке, продуск®
в выпуске (схема)}
5S
примесей длится
периода жидкая
Рис. 41а. Схема пода-
чи кислорода в кон-
вертер сверху по во-
доохлаждаемой фур-
ме
продолжается 1,5—2,0 мин., конвертер поворачивают в горизон-
тальное положение, и дутье прекращается.
Таким образом, весь процесс окисления
10—12 мин.
Полученная в конвертере в конце третьего
сталь содержит большое количество кисло-
рода в виде закиси железа и не может быть
применена для изготовления полуфабрика-
тов или отливок, так как присутствие в ней
кислорода придает стали хрупкость и крас-
ноломкость. Кроме того, состав полученной
стали не всегда соответствует составу, тре-
бующемуся по ГОСТ.
Таким образом, вслед за третьим пери-
одом конвертирования наступает период
раскисления жидкой стали, целью которого
является извлечение растворенного в ней
кислорода. Длительность этого периода
2—4. мин.
Раскисление жидкой стали достигается
добавкой в пес элементов, обладающих
большим сродством с кислородом, чем же-
лезо, и образующих нерастворимые в желе-
зе окислы. Эти окислы или переходят в
шлак (SiO2, МпО) или удаляются в виде
газа (СО). В качестве раскислителей при-
меняют доменные ферросплавы — ферроси-
лиций, ферромарганец и зеркальный чугун.
Сталь после раскисления сливается из
конвертера в ковш и разливается по излож-
ницам.
Таким образом, весь процесс производ-
ства литой стали путем конвертирования продолжается 14—16
мин.
Наиболее отличительной особенностью получения литой ста-
ли в конвертере является то, что тепло, необходимое для поддер-
жания стали в расплавленном состоянии, получается не за счет
сжигания какого-либо вида топлива, а вследствие того, что реак-
ции окисления железа и примесей идут с выделением тепла (эк-
зотермически) .
Кислому конвертированию подвергаются чугуны, в которых
содержание серы и фосфора не превышает 0,05—0,06% каждого
элемента. Это объясняется тем, что при кислой футеровке кон-
вертера эти примеси не шлакуются, так как окислы фосфора
в жидком шлаке вновь восстанавливаются и переходят в сталь
Наличие же в стали серы и фосфора в пределах свыше 0,02—•
0,04% для многих сортов стали признается недопустимым, так
как эти примеси сообщают стали хладноломкость и краснолом-
59
кость, т. с. хрупкость при пониженных и повышенных темпера-
турах.
Переработка путем конвертирования на сталь доменных чугу-
нов, содержащих значительное количество фосфора (до 2,20%),
была осуществлена в 1877 г. С. Д. Томасом.
Особенностью применяемого в этом случае конвертера (то-
ма со вс ко го) является основная, доломитовая, футеровка,
а отличием самого процесса конвертирования является загрузка
в конвертер вместе с жидким чугуном и определенного количества
извести. Наличие извести приводит к образованию основных шла-
ков и к связыванию окислившегося фосфора в прочное соедине-
ние (СаО).1*Р2Ов, уходящее в шлак.
Конструкция основного конвертера незначительно отличается
от конструкции кислого конвертера.
Процесс получения стали в основном конвертере (томасовский
процесс) также характеризуется наличием трех периодов.
Полученная сталь раскисляется введением ферросилиция и
ферромарганца. Период раскисления длится 2—4 мин. Готовая
сталь сливается в ковши и разливается в изложницы.
Шлаки основного процесса конвертирования содержат до.
20% фосфорного ангидрида (Р2О5) и применяются в качестве
минеральных удобрений.
Сталь, полученная путем кислого конвертирования (бессе-
меровская), находит применение как сталь обыкновенного
качества для изготовления рельсов, балок, труб, болтов и других
изделий различного профиля.
Бессемеровская сталь обладает повышенной твердостью, со-
противлением износу, хорошо сваривается и обрабатывается.
Томасовская сталь содержит больше закиси железа, чем бес-
семеровская. Из нее изготовляют кровельное железо, проволоку
и профиль.
В настоящее время производство стали методом конвертиро-
вания не превышает 10—12% от общего количества производи-
мой стали.
На некоторых машиностроительных заводах жидкую сталь
для изготовления стальных фасонных отливок получают в кис-
лых конвертерах малого объема— 1,5—3,0 т (малое бессемерова-
ние). Особенностью этого конвертера является то, что воздух
подводится к нему не через днище, а через боковую стенку; эго
способствует лучшему сгоранию окиси углерода и повышению
температуры стали. В настоящее время конвертерная сталь высо-
кого качества получается при продувке чугуна чистым кислоро-
дом сверху (рис. 41а).
На рис. 42 показана конвертерная печь с основной футеров-
кой для получения стали то.масовским способом продувкой кис-
лородом сверху.
Производство стали в мартеновских печах. Как указывалось
ранее, основным недостатком стали, получаемой путем кислого
60
или основного конвертирования, является повышенное содержа-
ние в ней кислорода и связанное с этим понижение механиче-
ских свойств. Таким образом, для изготовления многих ответ-
ственных изделий (пружины, инструмент, детали, работающие на
удар, и др.) эта сталь оказалась непригодной.
В 1864 г. было положено начало производства литой стали
на поду пламенной (мартеновской) печи.
процессом,
происходит
В настоящее время
свыше 80% всей стали
получают этим спосо-
бом.
Производство стали
в мартеновских печах
является также окисли-
тельным
однако в этом случае
окисление
не непосредственно воз-
духом, проходящим че-
рез всю толщу расплав-
ленного металла, как
это имеет место в про-
цессе конвертирования,
а через шлак, изолиру-
ющий расплавленный
металл от непосред-
ственного взаимодей-
ствия с кислородом воз-
духа. Это обеспечивает
Рис. 42. Конвертерная печь на кислородном
дутье сверху с основной футеровкой
возможность лучшего
регулирования хода
процесса плавки, умень-
шает угар металла и
способствует повышению качества стали. Пламенная мартенов-
ская печь является печью периодического действия, нагреваемой
при помощи сжигания газа или мазута. Газ, а также воздух, не-
обходимый для его сжигания, предварительно подогреваются в
специальных приспособлениях — регенераторах — до температу-
ры 1100°. Поэтому мартеновская печь называется регенеративной.
Смешиваясь у входа в плавильное пространство печи, газы обра-
зуют большой факел пламени, способствующий быстрому нагреву
самой печи и находящихся в ней шихтовых материалов.
Отходящие печные газы проходят через вторую пару регене-
раторов и нагревают их до температуры 1100—1200°. Изменяя пе-
риодически направления факела горения в печи, можно обеспе-
чить в ней длительное время температуру 1600—1700°, вполне
достаточную для поддержания стали в расплавленном состоянии.
Регенераторы представляют собой кирпичную решетчатую иа-
61
садку из огнеупорного материала. Они располагаются ниже уров-
ня пода печи, обычно по два с каждой стороны. Переключение
клапанов, регулирующих направление факела горения, происхо-
дит автоматически через 15—20 мин.
На рис. 43, а показана схема движения газов в мартенов-
ской печи, на рис. 43, б — продольный и поперечный разрезы
мартеновской печи, а на рис. 43, в показана схема установки
кислородного дутья для получения стали скоростным способом.
В зависимости от футеровки различают мартеновские печи
кислые, когда футеровка выполнена из динаса, и о с но в н ы е,
когда огнеупорный материал представляет собой доломит. Поди-
на печи в первом случае наваривается из молотого кварца, а во
втором — из порошка магнезита.
Наибольшее распространение в СССР имеют печи с основной
подиной.
В зависимости от конструкции различают печи стационарные
(неподвижные) и качающиеся. Качающиеся печи могут повора-
чиваться на определенный угол вокруг горизонтальной оси, что
облегчает выпуск из них металла и шлака.
В зависимости от состава шихты различают следующие раз-
новидности процесса плавки стали на поду регенеративной мар-
теновской печи:
скрап-Тгроцесс, когда шихтой является чушковый чугун,
и стальной лом (скрап);
чугунно-рудный процесс, когда шихтой является
жидкий доменный передельный чугун с добавлением железной
РУДЫ;
с к р а п - р у д н ы й процесс, когда в состав шихты вхо-
дит и жидкий чугун и скрап.
Основное применение имеют скрап-процесс и скрап-рудный
процесс. Чугунно-рудный и скрап-рудный процессы проводят
в основных печах, обеспечивающих удаление из стали фосфора
и серы. Печи с кислой футеровкой могут работать на шихте, сво-
бодной от серы и фосфора.
Технология процесса плавки в мартеновской печи. Процесс
плавки состоит из следующих основных операций.
Загрузка, или завалка, шихты в печь. При за-
грузке скрапа последний подвергается сортировке; мелкий
скрап — стружка, высечка и т. и. — спрессовывается в пакеты
(пакетируется) и загружается с помощью специальной маши-
ны через загрузочное окно в рабочее пространство печи. Та-
ким же образом производится загрузка известняка и руды.
Жидкий чугун заливается в печь через рабочие окна из раз-
ливочного ковша.
Расплавление шихты. Длительность этого процесса
зависит от тепловой мощности печи и заканчивается образова-
нием в печи двух жидких слоев — расплавленного металла и
шлака.
62
Свод
Ось колонн здания
Рис. 43. Мартеновская
печь:
а — схема печи и движения
в ней газов; б — общий вид
речи; в — схема-разрез пе-
чи на кислородном дутье
0)
Кипение жидкой ванны — наиболее ответственная
часть процесса; выделяющаяся при этом окись углерода вызы-
вает бурление (кипение) жидкой стали, что в значительной сте-
пени ускоряет окисление примесей (Si, Мп).
Раскисление ста л и и довод к а. В сталь добав-
ляются ферросилиций, ферромарганец и алюминий для удале-
ния из нее растворенного кислорода п получения стали опре-
деленного химического состава. Готовая сталь выпускается
е разливной ковш и разливается в изложницы.
Окисление примесей при плавке стали в мартенов-
ских печах происходит через шлак в такой последовательности:
кислород воздуха, взаимодействуя с закисью железа в шлаке,
окисляет ее. Образовавшийся окисел Ге20з при взаимодей-
ствии с железом образует закись железа по реакции
Fe2O3 4- Fe — 3FeO.
Образующаяся закись железа растворяется в стали и, взаи-
модействуя с примесями, окисляет их:
FeO Ь Мп — MnO + Fe 4- 32290 кал-
2FeO + Si = S1O, 4- 2Fe 4- 78 990 кал\
FeO + С - Fe — СО — 34460 кал.
В основной печи достигается также окисление и шлакова-
ние фосфора и серы, образующих нерастворимые в железе со-
единения (СаО)4'Р2О5 и CaS, уходящие в шлак.
В зависимости от условий раскисления в основной марте-
новской печи выплавляют сталь кипящую и спокойную.
При варке кипящей стали в качестве раскислителя приме-
няют только ферромарганец. Он значительно повышает темпе-
ратуру ванны. Это приводит к усилению процесса кипения ста-
ли (выделения газов), который заканчивается уже в излож-
нице, поэтому в слитках кипящей стали образуется большое
количество газовых пузырей, частично завариваемых в про-
цессе прокатки. В слитке стали усадочная раковина рассредо-
точивается (рис. 44, а). Кипящая, преимущественно низкоугле-
родистая, сталь применяется для штамповки. Содержание крем-
ния в этой стали обычно меньше 0,03%.
Спокойная сталь раскисляется ферросилицием и ферромар-
ганцем. Процесс кипения заканчивается в печи, и кристаллиза-
ция стали в изложнице протекает спокойно; количество газовых
пузырей значительно меньше; в слитке образуется сосредоточен-
ная усадочная раковина (рис. 44, б).
В мартеновских печах выплавляют качественные углероди-
стые и легированные стали различного назначения.
Наиболее важными технико-экономическими показателями
производства стали в мартеновских печах являются производи-
тельность печи, измеряемая в тоннах с одного квадратного метра
пода печи в сутки, и расход топлива.
64
Борьба за сокращение времени плавки, проведение скоро-
стных плавок за счет лучшей организации рабочего процесса,
уменьшение простоев, ускорение завалки и повышение тепловой
мощности печи — все это способствует быстрому росту произво-
дительности плавки стали.
При наиболее успешном проведении скоростных плавок съем
стали доходит до 18—19 т!м2 в
сутки.
Расход топлива в зависимости
от тоннажа печи, рода процесса
и тепловой мощности составляет
12—20% от веса шихты.
В последние годы найдена воз-
можность значительного сокра-
щения продолжительности плавки
стали путем применения кислоро-
да. Завод «Запорожсталь», приме-
няя в течение двух лет кислород,
увеличил на существующих мар-
теновских печах выплавку стали
на 20%. Использование кислорода
в сталеварении на всех заводах
позволит увеличить выплавку ста-
ли в стране на несколько милли-
онов тонн в год.
В I960 г. выплавка стали с
применением дутья, обогащенного
кислородом, должна составлять
примерно 40% от общего произ-
водства стали.
Производство стали в элек-
трических печах. В настоящее вре-
мя выплавку стали производят в
дуговых и индукционных электро-
печах, причем преимущественное
распространение имеют дуговые
электропечи.
Рис. 44. Продольное сечение
слитков:
а — кипящей стали; б — спокойной
стали
В электропечах можно получать более высокие темпера-
туры по сравнению с другими печами (до 2000°). В процессе
плавки отсутствует непосредственное соприкосновение жидкого
металла с печными газами. Эти особенности электроплавки
дают возможность:
а) получать более высококачественный металл, содержа-
щий меньше вредных примесей — кислорода, серы и фосфора,
а также неметаллических включений;
б) выплавлять любые сорта стали с содержанием заданного
количества различных элементов, таких, как хром, никель, ва-
надий, и даже таких тугоплавких, как вольфрам и молибден.
3-1468 65
Электросталь обладает наилучшими свойствами по сравне-
нию со сталью, получаемой другими способами (мартенов-
ской, бессемеровской, томасовской). Все возрастающая потреб-
ность в высококачественном металле для инструментов и дета-
лей вызвала быстрое развитие производства электростали.
В Директивах XX съезда КПСС предусматривается органи-
зация производства электростали дуплекс-процессом в конвер-
терах и электропечах, обеспечивающих высокое качество стали
WFPrFfflFTPFFFPWPFffiFJf
Рис. 45. Схематический продоль-
ный разрез дуговой электропечи
и уменьшение расхода электроэнергии.
Дуговые электропечи приме-
няют в настоящее время также
для выплавки ферросплавов (фер-
рохрома, ферровольфрама, ферро-
ванадия, ферромолибдена и др.),
т. е. сплавов, богатых хромом,
вольфрамом, ванадием, молибде-
ном и т. д.
Ферросплавы добавляют в
шихту при выплавке различных
сортов стали сложного состава.
Дуговая электропечь
(рис. 45) представляет собой же-
лезный кожух, выложенный внут-
ри огнеупорным материалом.
Электроды угольные или графи-
товые проходят через свод печи.
С помощью специального приспо-
собления печь может поворачиваться на определенный угол. Это
облегчает удаление из нее шлака и разливку стали. Емкость со-
временных дуговых электропечей доходит до 80—100 т.
Рабочее напряжение, печи 95—220 в. Расход электроэнергии
при работе на твердой шихте составляет 600—1000 квт-ч на 1 т
готовой стали.
В зависимости от состава футеровки электропечи могут быть
кислыми — с динасовой футеровкой и основными — с доломито-
вой футеровкой. Основные печи наиболее распространены.
В электропечах экономически целесообразно производить вы-
плавку стали из стального лома с добавкой небольшого количе-
ства чугуна.
Обычно (кроме случая переплавки отходов легированной ста-
ли) при плавке в основной электропечи различают те же пять
периодов, что* и в мартеновской печи: завалка шихты, расплавле-
ние, кипение металла, раскисление и доводка.
Во время периода кипения окисление углерода и других при-
месей происходит в основном за счет кислорода железной руды,
добавляемой в печь. Значительное количество серы и фосфора
удаляется из печи вместе со шлаком.
Раскисление и доводка (или рафинирование) производится
63
цод шлаком, который чаще всего состоит из извести, плавикового
шпата и кокса.
Введение в сталь легирующих элементов для получения нуж-
ного химического состава производится во время обработки ее
шлаком. Когда сталь приобретает заданный состав, ее выпускают
из печи в ковш.
Индукционная электрическая печь для выплав
ни стали представляет собой
тигель из огнеупорного матери-
ала, помещенный внутри ин-
дуктора — медной трубчатой
спирали, по которой проходит
ток высокой частоты. При за-
грузке тигля шихтой в метал-
ле индуктируется ток большой
мощности, приводящий к бы-
строму расплавлению стали.
Схема индукционной печи
приведена на рис. 46.
В СССР плавка стали в ин-
дукционных печах начала про-
изводиться с 1931 г. и сейчас
имеет широкое распростране-
ние. Емкость современных про-
мышленных индукционных пе-
чей достигает 9 т. Плавка ста-
ли в индукционных печах
Рис. 46. Индукционная электриче-
ская печь-схема
имеет следующие преимуще-
ства: быстрота плавки и незначительная степень окисления ших-
ты, перемешивание металла вихревыми токами и выравнивание
его состава, незначительный угар и возможность получения вы-
соких температур.
Разливка стали. Разливка стали в изложницы, (формы) яв-
ляется заключительной операцией производства стали. Каче-
ства и свойства стали в значительной степени зависят от усло-
вий ее разливки.
Жидкая сталь, выплавленная тем или иным способом, сли-
вается из печи в разливочный ковш, который представляет собой
железный кожух, выложенный внутри огнеупорным материа-
лом (шамотом). В днище ковша имеется отверстие, закрывае-
мое специальным приспособлением — стопором. Стопор
представляет собой железную штангу, футерованную огнеупор-
ными кольцами, заканчивающимися огнеупорной пробкой, ко-
торая и закрывает отверстие в днище ковша.
Стопор может перемещаться в вертикальной плоскости и
тем самым открывать или закрывать отверстие в ковше.
Схема устройства сталеразливочного ковша приведена на
рис. 47.
3*
67
Для разливки стали применяют чугунные формы различ-
ного профиля, в зависимости от назначения слитка, называемые
Рис. 47. Схема устройства сталеразли-
вочного ковша
нию стали и уменьшению усадочной
расположения изложниц при заливке
изложницами. Для про-
катки и поковки чаще
всего применяют квад-
ратные изложницы, рас-
ширяющиеся кверху, или
конические.
Существуют два спо-
соба разливки стали:
сверху — отдельно в каж-
дую изложницу и снизу—
сифонным способом. Раз-
ливка сверху имеет наи-
большее распространение.
При обоих способах раз-
ливки в верхней части из-
ложницы устанавливают
керамическую насадку,
способствующую более
медленному затвердева-
раковины в слитке. Схема
приведена на рис. 48.
Рис. 48. Схема расположения изложниц при разливке стали:
а — сифоном; б — сверху
Оба метода разливки стали — сверху и сифонный—почти
равноценны, и выбор того или другого метода определяется ме-
стными возможностями и конкретными требованиями к металлу.
Однако стали, которые должны быть особенно чистыми от неме-
68
таллических включений (шарикоподшипниковая, быстрорежу-
щая, магнитная и др.), разливаются сверху.
Директивы XX съезда КПСС предусматривают всемерное
расширение выплавки и разливки стали в вакууме, а также
внедрение в широком масштабе высокопроизводительных спо-
собов непрерывной разливки стали, позволяющей улучшить ка-
чество и увеличить выход годной продукции.
Способ непрерывной разливки стали характеризуется тем,
что жидкая сталь заливается в охлаж-
даемую водой металлическую форму
(кристаллизатор), донная часть кото-
рой может опускаться с определенной
скоростью.
Согласовывая скорость разливки
стали со скоростью опускания донной
части формы, можно получить плотный
слиток стали большой длины, без уса-
дфчной раковины.
Сталь, залитая в изложницу, охла-
ждается неравномерно, поэтому кри-
сталлизация ее происходит также не-
равномерно, по зонам (рис. 49). Пер-
вая зона мелких кристаллов 1 приле-
гает непосредственно к внутренней стен-
ке изложницы там, где жидкий металл
охлаждается быстрее всего. Вторая
зона 2 состоит из столбчатых кристал-
лов, ориентированных к центру слитка.
Третья зона 3 в центральной части
слитка, в которой охлаждение проис-
ходит более медленно, состоит из кри-
сталлов без определенной ориентации.
Химический состав отдельных кристал-
лов является неоднородным, распреде-
ление примесей в слитке неравномер-
но. Это явление носит название ликва-
ции. Вследствие уменьшения объема
Рис. 49. Макроструктура
стального слитка
стали при затвердевании в слитке воз-
никает усадочная пористость и рыхлость 4, а в его верхней части
образуется усадочная раковина 5. Выделение из жидкой стали
газов способствует образованию в слитке газовых пузырей и ра-
ковин, Для уменьшения потерь металла на отходы необходимо
добиваться уменьшения усадочной раковины.
Классификация стали
В зависимости от химического состава сталь разделяется на
углеродистую, представляющую в основном сплав железа с угле-
родом, и легированную.
69
Легированная сталь, кроме железа п углерода, содержит одни
или несколько химических элементов (хром, марганец, никель,
молибден, ванадий, вольфрам и др.), которые специально вводят
в состав стали в таком количестве, что их присутствие суще-
ственно изменяет свойства стали. Такие элементы называются
легирующими.
В зависимости от назначения различают сталь конструкцион-
ную, инструментальную и сталь с особыми свойствами.
Конструкционная сталь содержит до 0,7% углерода и приме-
няется для изготовления валов, осей, шатунов, шестерен и других
деталей в машиностроении.
Инструментальная сталь содержит углерод в пределах от 0,7
до 1,7% и применяется для изготовления различных инструмен-
тов — зубил, сверл, резцов, фрез, метчиков, плашек и т. п.
К сталям с особыми свойствами относятся: нержавеющая,
жаропрочная, немагнитная и др. В большинстве случаев эти ста-
ли содержат большое количество легирующих элементов.
В Советском Союзе большинство технических сплавов, в том
числе сталь и чугун, стандартизовано.
Государственные общесоюзные стандарты (ГОСТ) устанавли-
вают наименование марок, химический состав, свойства и назна-
чение стали и других технических сплавов и являются обязатель-
ными для всех отраслей народного хозяйства.
§ 9. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Углеродистая конструкционная сталь. В соответствии с имею-
щимися стандартами углеродистая конструкционная сталь де-
лится на сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380—50) и сталь
качественную (ГОСТ 1050—52).
Сталь обыкновенного качества согласно ГОСТ 380—50 де-
лится на две группы (А и В).
Группа А объединяет марки по механическим свойствам, га-
рантируемым заводом-поставщиком; химический состав стали
в этой группе ГОСТ не оговаривается, и завод-поставщик не не-
сет за него ответственности. Сталь группы А маркируется сле-
дующим образом: Ст. 0, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3 и т. д. до Ст. 7. Пре-
дел прочности на разрыв у стали Ст. 0—32—47 кг/лш2, у Ст. 1—
32—40 кг/мм2, у Ст. 2—34—42 кг/мм2. Предел прочности на раз-
рыв у сталей Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6 и Ст. 7 примерно соответ-
ствует цифре, определяющей марку стали (в десятках кг!мм2).
Например, у Ст. 6 минимальное значение предела прочности со-
ставит около 60 кг/мм2.
Для стали группы В указывается способ изготовления (М —
мартеновская; Б — бессемеровская, Т — томасовская) и регла-
ментируется химический состав.
В этой группе установлены следующие марки сталей: М Ст. 0,
М Ст. 1, М Ст. 2 и т. д. до сталей М Ст. 7, Б Ст. 0, Б Ст. 3,
Б Ст. 4, Б Ст. 5, Б Ст. 6.
. 70
Стали группы А обычно используются для изготовления изде-
лий, применяемых без термической обработки (листы, ленты, про7
волока, балки и т. д.). Стали группы В используются для изго-
товления деталей обыкновенного качества (рельсы, неответствен-
ные шестерни, валы, оси и т. п.). Марки и состав мартеновской
стали приведены в табл. 3.
Таблица 3
Сталь мартеновская спокойная
Марка стали * Химический состав в % Назначение
с Мп Si
М Ст. 0 До 0,23 Резервуары
М Ст. 1 0,07—0,12 0,35—0,50 ' Листовое и полосовое
М Ст. 2 0,09-0,15 0,35-0,50 — железо
М Ст. 3 0,14-0,22 0,35—0,60 0,12—0,30 Профильная сталь для
М Ст. 4 0,18—0,27 0,40—0,70 0,12—0.30 различных конструк-
М Ст. 5 0,28-0,37 0.50—0,80 0.17—0,35 цин
М Ст. 6 0,38—0,50 0,50—0,80 0,17-0,35 Поковки. Железнодо-
М Ст. 7 0,50-0,63 0.55—0,80 0.17-0,35 рожные рельсы, оси
вагонов. Колесные
бандажи, пружины,
рессоры
Примечание. Содержание серы в стали М Ст. О не более 0,060% и фос-
фора — не более 0,070% ; во всех остальных марках стали содержание серы не более
0,055 % н фосфора — не более 0,050%.
ГОСТ 1050—52 на конструкционную качественную углероди-
стую сталь устанавливает следующие марки: 05; 05 кп; 08 кп;
10; 15; 20 и т. д. до 70, а также стали с повышенным содержа-
нием марганца: 15Г, 20Г, 10Г2, 30Г2 и т. д. до 50Г2. Цифры,
обозначающие марки стали, в этом случае указывают на среднее
содержание углерода в сотых долях процента. Буква Г обозна-
чает, что марганец вводится в качестве легирующего элемента
в количестве около 1 %, если за буквой нет числового обоэ»аче-
ния, например 15Г, и около 2% в марке 10Г2 и др.
В табл. 4 приведены состав и свойства некоторых марок стали.
Качественная сталь указанных марок применяется для изго-
товления ответственных деталей в машиностроении (шестерни,
валы, оси, шатуны и т. п.) и подвергается обычно термической об-
работке.
Углеродистая конструкционная сталь, известная под названием
автоматной стали, имеет повышенное содержание серы до
0,30% и фосфора — до 0,15%. Согласно ГОСТ 1414—54 эта сталь
маркируется следующим образом: А12, А20, АЗО, А40Г. Буква А
указывает название стали — автоматная, а следующие за ней
Цифры — среднее содержание углерода в сотых долях процента.
71
Таблица 4
Конструкционные качественные углеродистые стали
Содержание элементов в % Механические свойства на образцах из нормализованной заготовки
Марка марганца предел предел удлинение сужение □лошади
углерода С текучести попереч-
Мп в KilMM? не менее кг!мм'2 ие менее менее него сече- ния в % ие меиее
15 0,10—0,20 0,35-0,65 22 37 27 55
20 0,15-0,25 0,35-0,65 25 41 25 55
30 0,25-0,35 0,50—0,80 29 48 21 50
40 0,35—0,45 0,50—0,80 32 57 17 45
20Г 0,17—0,25 0,70—1,00 25 4С 22 50
40Г 0,35-0,45 0,70—1,00 33 60 14 45
ЗОГ2 0,25—0,35 1,40-1,80 35 60 15 45
Примечание. Во всех указанных марках стали содержание кремния должно
быть 0,17—0,37%; серы — не более 0,045%, фосфора — не более 0,040% (в марке 20Г—
не более 0,045%); никеля — не более 0,30% и хрома — не более 0,30%.
Химический состав некоторых марок автоматной стали приве-
ден в табл. 5.
Таблица 5
Марки автоматных сталей
Марка Химический состав в %
углерод марганец кремний сера фосфор
А12 0,08—0,20 0,60—0,90 0,15—0,35 0,08—0,20 0,08—0,15
А20 0,15—0,25 0,60—0,90 0,15—0,35 0,08-0,15 Не более 0,06
А35 0,30-0,40 0,80—1,20 0,15-0,35 0,08—0,15 . . 0,06
Повышенное содержание серы и фосфора в этой стали сооб-
щает ей хорошую обрабатываемость на быстроходных автомат-
ных станках. Из такой автоматной стали изготовляют многие де-
тали (шурупы, болты и др.).
Углеродистая инструментальная сталь. Углеродистая инстру-
ментальная сталь согласно ГОСТ 1435—54 обозначается следую-
щими марками: У7, У8, У8Г, У9, У10Г, У11, У12, У13, а также
У7А, У8А, У13А и др. Буква У обозначает, что сталь углероди-
стая, стоящая за .чей цифра — приблизительное содержание угле-
рода в десятых долях процента. Буква Г указывает на повышен-
ное содержание марганца. Буква А обозначает, что сталь яв-
ляется высококачественной (улучшенной) по составу, с понижен-
ным содержанием серы (до 0,02%) и фосфора (до 0,03%). Со-
держание марганца в этих сталях колеблется от 0,15 до 0,60%,
кремния — 0,30—0,35 %.
72
Примерный состав некоторых марок инструментальной угле-
родистой стали приведен в табл. 6.
Таблица 6
Инструментальные качественные углеродистые стали
Марка стали Химический состав в % Назначение стали
углерод марганец кр емкий сера фосфор
У7 0,60—0,74 Не более Не более Не более Не более Кузнечно-
0,40 0,35 0,03 0,04 слесарный и
У8 0,75—0,85 Не более 0,40 Не более 0,35 Не более 0,03 Не более 0,04 штамповый инструмент,
У10Г 0,95-1,09 0,15-0,40 Нс более 0,35 Не более 0,03 Не более 0,04 фрезы, рез- иы, метчики,
У12 1,10-1,25 Не более 0,30 Не более 0,35 Не более 0,03 Не более 0,04 плашки и пр.
У13 1,26—1,40 Не более 0,40 Не более 0,35 Не более 0,03 Не более 0,04
Серый и ковкий чугун. Большое количество различных дета-
лей на машиностроительных заводах изготовляется из машино-
строительного серого и ковкого чугуна.
Серый чугун получают при переплавке в вагранках литейного
доменного чугуна с добавкой чугунного лома. Детали из ковкого
чугуна отливаются сначала из белого чугуна, получаемого также
в вагранке, а затем отжигаются на ковкий чугун.
Из серого машиностроительного чугуна отливают станины
станков, корпусы электродвигателей, блоки цилиндров, тюбинги
метро, колосниковые решетки, плиты и т. п.
В качестве примера в табл. 7 приводится несколько марок
серого обыкновенного и высокопрочного чугуна.
Таблица 7
Марки серых машиностроительных чугунов
Марка Предел прочности на растя- жение в кг>мм* не меисе Относи- тельное удлинение в % Предел прочности при изгибе в кг{мл& не менее Предел прочности на сжатие в кг!мм* не менее Твердость и в Форма графита
СЧ 12-28 12 0,5 28 50 143—230 Пластинча- тая
СЧ 28-48 28 0,5 48 100 170—240
ВЧ 60-2 60 2,0 42 — 197—269 Шаровид- ная
Ковкий чугун применяется для изготовления различных дета-
лей в автостроении и других отраслях машиностроения и имеет
73
следующие стандартные обозначения: КЧ 37-12; КЧ 33-8; КЧ 40 3
И др.
Буквы показывают названия марки (КЧ — ковкий чугун).
Первые две цифры — значение предела прочности на растяжение
в кг/мм2, а следующие цифры показывают относительное удли-
нение в %.
§ 10. ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ
Легированная сталь. Марки легированных сталей имеют в
СССР цифровые и буквенные обозначения. Приведенные в обо-
значениях марок стали буквы показывают наличие того или иного
легирующего элемента, а стоящие за буквой цифры (2, 3
и т. д.) — среднее содержание этого элемента в процентах. Если
вслед за буквой цифровое обозначение отсутствует, то содержа
ние легирующего элемента в стали составляет около 1 %. Две
цифры, стоящие в наименовании марки перед первой буквой,
обозначают содержание углерода в сотых долях процента.
Установлены следующие буквенные обозначения легирующих
элементов в стали: алюминий — Ю; ванадий— Ф; вольфрам — В;
кобальт — К; Кремний — С; марганец Г; Медь — Д; молибден —
ЛА; никель — Н; ниобий — Б; титам — Т; хром — X.
Приведем несколько примеров: сталь марки 20Х содержит
0,15—0,25% С и 0,7—1,0 Сг при обычном количестве приме-
сей (Мп, Si, S и Р); сталь марки 35ХГС содержит 0,30—0,40% С;
0,8—1,1% Сг; 1,1—1,4% Мп; 1,1—1,4% Si; сталь 25Х2ДАФА со-
держит 0,22—0,29 С; 1,5—1,8% Сг; 0,15—0,3% V; 0,2—0,3% Мо;
буква А в конце обозначения марки указывает на то, что это
сталь высококачественная, имеющая пониженное содержание
фосфора и серы.
Влияние легирующих элементов. Присутствие
в стали легирующих элементов улучшает ее свойства. Легирован-
ная сталь имеет высокую прочность и вязкость.
Некоторые легирующие элементы, например никель, кремний,
кобальт, медь, не образуют с углеродом химических соедине-
ний— карбидов — и в основном распределяются в феррите. Дру-
гие же элементы — вольфрам, хром, ванадий, марганец, молиб-
ден, титан и др. — образуют с углеродом карбиды. Наличие карби-
дов в легированной стали способствует повышению ее твердости
и прочности, а в инструментальной стали — и режущих свойств.
Легирующие элементы не только улучшают механические
свойства стали (главным образом в термически обработанном со-
стоянии), но в значительной степени изменяют ее физические и
химические свойства. Влияние отдельных легирующих элементов
на свойства стали сводится в основном к следующему.
М а р г а н е ц повышает прочность и твердость стали, увеличи-
вает прокаливаемость, уменьшает коробление при закалке, повы-
шает режущие свойства стали, но вместе с тем способствует ро-
74
сту зерна при нагреве, чем снижает стойкость стали к ударным
нагрузкам.
Хром затрудняет рост зерна при нагреве, повышает меха-
нические свойства стали при статической и ударной нагрузке,
повышает прокаливаемость и жаростойкость, режущие свойства
и стойкость на истирание. При значительных количествах хрома
сталь становится нержавеющей и жаростойкой.
Кремний значительно повышает упругие свойства стали,
но несколько снижает ударную вязкость.
Никель повышает упругие свойства стали, не снижая вяз-
кости, противодействует росту зерна, улучшает прокаливаемость
и механические свойства стали. При значительных количествах
никеля сталь становится немагнитной, коррозионностойкой и жа-
ропрочной.
Молибден противодействует росту зерна, повышает твер-
дость и режущие свойства стали вследствие образования карби-
дов, уменьшает склонность стали к хрупкости при отпуске, повы
шает жаростойкость стали.
Кобальт повышает прочность стали при ударных нагруз-
ках, улучшает жаропрочность и магнитные свойства стали.
Вольфрам, так же как и молибден, повышает твердость
и режущие свойства стали, уменьшает рост зерен при нагреве,
повышает жаростойкость.
Ванадий способствует раскислению стали, противодей-
ствует росту зерна, повышает твердость и режущие свойства
стали.
Титан является раскислителем стали, способствуя также
удалению из нее азота, благодаря чему сталь получается более
плотной, однородной и жаропрочной.
Наиболее эффективно повышение свойств стали под влияни-
ем легирующих элементов наблюдается в термически обрабо-
танном состоянии. Поэтому в огромном большинстве случаев
детали из легированных сталей применяют после закалки и
отпуска.
Максимальное значение механических свойств достигается
одновременным присутствием в стали двух или более легирую-
щих элементов. Таким образом, в машиностроении наряду с
хромистыми, марганцовистыми, кремнистыми и другими сталя-
ми широко применяются и более сложные — хромоникелевые,
хромокремнемарганцовистые, хромовольфрамовые и другие
стали.
Почти все легирующие элементы понижают значение крити-
ческих точек при охлаждении и уменьшают критическую ско-
рость закалки стали. Практически это значит, что легированные
стали, содержащие эти элементы, следует охлаждать при закал-
ке не в воде, как это необходимо для углеродистых сталей, а в
масле.
Таким образом, легированная сталь удовлетворяет самым
75
разнообразным требованиям машиностроительной промышлен-
ности и во многих случаях заменяет более дорогие цветные
металлы и сплавы. Применение легированной стали непрерывно
расширяется в связи с усовершенствованием конструкций машин
и приборов. Директивы XX съезда КПСС предусматривают
увеличение производства к 1960 г. низколегированной стали
примерно в 17 раз, динамной стали на 97%, трансформаторной
стали в 2,1 раза.
Легированная конструкционная сталь. В ГОСТ 4543—48 при-
ведено 18 групп легированных конструкционных сталей: хроми-
стых, хромоникелевых, хромокремнемарганцовистых и др. Эти
стали применяют для изготовления ответственных деталей
(шестерни, шатуны, болты, валы, оси и т. п.).
В приложении 4 приведены некоторые сорта легированной
конструкционной стали.
Для шарико- и роликоподшипников применяют сталь марок
ШХ6, ШХ9, ШХ15. В этих сталях содержание углерода находит-
ся в пределах от 0,95 до 1,15%, а содержание хрома — от 0,6
до 1,5%.
Легированная инструментальная и быстрорежущая сталь.
Легированная инструментальная сталь обладает лучшими ре-
жущими свойствами, чем сталь углеродистая, и сохраняет эти
свойства при нагреве до высоких температур.
Состав некоторых марок приведен в приложении 4.
Наиболее качественной инструментальной легированной
сталью является быстрорежущая сталь. Согласно ГОСТ 5252—51
эта сталь выпускается в виде двух марок Р18 и Р9 (цифры по-
казывают среднее содержание в этой стали вольфрама в про-
центах). Углерода в этих марках содержится от 0,7 до 0,95%,
хрома 3,8—4,4 и ванадия 1,0—2,6%.
Отличительной особенностью быстрорежущей стали является
ее красностойкость, т. е. способность сохранять твердость и
режущие свойства при высоких температурах. Красностойкость
создается введением в сталь карбидообразующих элементов
(вольфрама, хрома, ванадия и молибдена), которые почти весь
углерод связывают в специальные карбиды.
В разных марках быстрорежущей стали эти карбидообра-
зующие элементы находятся в различных количествах.
Все быстрорежущие стали относятся к классу ледебуритных
сталей, т. е. имеют такого же типа структуру, как и белый до-
эвтектический чугун.
После ковки быстрорежущей стали карбиды в виде отдель-
ных включений должны быть равномерно распределены в стали.
Свои ценные свойства — твердость и красностойкость —
сталь приобретает после специальной термической обработки.
Режущий инструмент, изготовленный из этой стали, после
правильной термической обработки сохраняет свои режущие
свойства при нагреве до температур около 600°.
76
Легированные стали и сплавы с особыми свойствами. Стали
и сплавы этой группы обычно содержат значительное количест-
во легирующих элементов и применяются для изготовления де-
талей, работающих при высоких температурах в среде, вызы-
вающей коррозию, а также для постоянных магнитов, нагрева-
тельных элементов электропечей и т. д. Многие из этих сталей
относятся к аустенитному классу, т. е. имеют при комнатной
температуре структуру аустенита.
В соответствии с ГОСТ 5632—51 применяют следующие мар-
ки сталей с особыми свойствами.
Нержавеющие 1X13, 2X13, 3X13, 4X13, 1Х18Н9Т и др.
(содержание углерода указано в десятых долях процента). Эти
стали используются для изготовления различных сосудов и ап-
паратов в пищевой и химической промышленности, посуды, но-
жей, хирургического инструмента, труб и т. п.
Жаростойкие и ж а р о п р о ч н ы е: Х17, Х25, Х18Н11Б,
Х23Н18, Х9С2, Х12ЮС, 4Х14Н14В2М и др. Эти стали применяют
для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания,
муфелей термических печей, лопаток паровых и газовых тур-
бин и т. п.
Сплавы с большим омическим сопротивле-
нием, например Х15Н60, Х20Н80, Х13Ю4, 1Х17Ю5 и др., при-
меняют для изготовления нагревательных элементов в электро-
печах сопротивления, а также, в бытовых приборах, паяльниках
и т. п.
Для изготовления постоянных магнитов применяют так на-
зываемые магнитотвердые сплавы, стали: EX, ЕХЗ, ЕХ9КД5М
и др. (буква Е указывает на принадлежность стали к магнито-
твердым материалам). Для этих же целей применяют железо-
никельалюминиевые. сплавы (АЛИИ).
Трансформаторная и динамная стали отно-
сятся к магнитомягким материалам (магнитопроводам) и пред-
ставлены марками Э1, Э11, Э2, Э21, ЭЗ, Э34, Э4, Э48 и др. Пер-
вые цифры показывают среднее содержание кремния в процен-
тах, содержание, углерода в этих марках меньше 0,1%.
К магнитомягким материалам относится также никельжелез-
ный сплав — пермаллой (78% Ni), широко применяемый в ка-
честве магнитопровода в радиотехнике и электротехнике.
Марганцовистая сталь марки Г13, называемая
иначе сталью Гадфильда, содержащая 11,0—14,0% марганца,
обладает наилучшей стойкостью на истирание. Она применяется
для деталей экскаваторов, стрелок и закруглений на железно-
дорожном транспорте и т. п.
Марки стали, ее химический состав, а также пригодность
для изготовления тех или иных деталей или инструмента могут
быть во многих случаях достаточно точно определены пробой на
искру.
Легированные чугуны. Широкое применение имеют хроми-
77
стые чугуны (содержание Сг до 20%), которые применяются
в деталях, работающих при нагреве в окислительных средах
или в различных кислотах и от которых поэтому требуется жа-
ростойкость или кислотостойкость.
Никельмедные и марганцевомедные чугуны (7—9% мар-
ганца и 2% меди) применяют для деталей, которые не должны
обладать магнитными свойствами. Чугун, содержащий 20—24%
алюминия (чугаль), обладает высокой жаростойкостью и приме-
няется для изготовления печной арматуры, работающей при
температуре 800—900°.
Глава III
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ И ЧУГУНА
Необходимые свойства стали могут быть получены либо из-
менением химического состава, либо изменением строения спла-
ва — его структуры.
Изменение структуры стали достигается термической обра-
боткой.
Термическая обработка — процесс, состоящий, из нагрева ста-
ли до определенных температур, соответствующей выдержки и
последующего охлаждения с целью изменения структуры
и свойств.
Применение термической обработки стали и чугуна известно
давно.
Работы Д. К. Чернова, опубликованные в 1868 г., заложили
научные основы термической обработки стали. Он указал на су-
ществование определенных температур стали. Эти температуры,
названные им критическими точками, определяют возможность
изменения свойств стали.
Работы Д. К- Чернова не только помогли дать объяснение
применяемым ранее режимам термической обработки, но и позво-
лили создать новые, более прогрессивные виды ее.
§ II. СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛЯХ ПРИ НАГРЕВЕ
И ОХЛАЖДЕНИИ
Стали, как указывалось выше, являются сплавами железа
с углеродом.
Структуры углеродистых сталей в зависимости от содержания
в них углерода, а также структурные превращения, которые про-
исходят в этих сталях при нагреве и медленном охлаждении,
изучаются по диаграмме Fe—С.
На рис. 50 приведена часть диаграммы Fe—С, характеризую-
щая структуры сталей. Диаграмма дана в несколько упрощенном
виде.
Прежде чем рассматривать структурные превращения в сталях,
выясним, какие структуры в них встречаются при комнатных тем-
пературах и при нагреве.
78
Феррит — твердый раствор углерода в железе а.-
При комнатной температуре в феррите может растворяться
Рис. 50. Диаграмма железоуглеродистых сплавов (область ста-
лей) и схемы структур сталей при различных температурах
•не более чем 0,006% углерода. Если содержание углерода встали
больше чем 0,006%, то, кроме феррита, в структуре стали име-
ются другие структурные составляющие. Феррит обладает не-
79
большой прочностью и твердостью, но высокой пластичностью.
Он имеет хорошие магнитные свойства.
Цементит — химическое соединение железа с углеродом, от-
вечающее формуле РегС. Содержание углерода в цементите со-
ставляет 6,67% и не изменяется во всем интервале температур,
вплоть до температуры плавления.
Цементит является самой твердой структурной составляющей
стали. Он имеет высокую прочность, но чрезвычайно хрупок.
Перлит — механическая смесь феррита и цементита (после
травления эта структура имеет перламутровый отлив). Перлит
бывает пластинчатым (цементит в виде пластинок) и з е р-
н истым (цементит в виде зернышек). Твердость перлита выше,
чем у феррита, но меньше, чем у цементита.
Аустенит (название дано в честь английского металловеда
Аустена) — твердый раствор углерода в железе Y (модификация
железа с гранецентрированной кристаллической решеткой). Мак-
симальная растворимость углерода в железе к составляет 2% при
температуре 1130°.
Аустенит имеет невысокую твердость, обладает достаточно
высокой прочностью наряду с хорошей пластичностью, большой
стойкостью против коррозии, высоким электросопротивлением. Он
немагнитен.
Линии диаграммы определяют температуры, при которых
в сталях происходят какие-либо структурные, превращения.
Так линия АС показывает, при каких температурах при охла-
ждении начнется процесс кристаллизации в стали. Линия АЕ по-
казывает, при каких температурах кристаллизация закончится,
т. е. сплав затвердеет.
Из диаграммы видно, что чистое железо кристаллизуется при
постоянной температуре (1539°). Сталь с содержанием С=0,8%
кристаллизуется не при постоянной температуре, а в некотором
интервале температур. Точка 1 определяет температуру начала
кристаллизации, точка 2 — температуру конца кристаллизации
стали с содержанием С = 0,8%.
Таким образом, при температурах ниже линии АЕ сталь бу-
дет находиться в твердом состоянии и структура стали будет
аустенит. При этом весь углерод, который в стали имеется,
будет растворен в аустените.
Структура аустенита сохранится в стали и при последующем
охлаждении до температур, определяемых линиями GS и SE.
Для дальнейшего рассмотрения структурных превращений при
медленном охлаждении необходимо все стали разделить на две
группы; стали с содержанием углерода менее 0,8% (левее точ-
ки S) и стали с содержанием углерода более 0,8% (правее
точки S).
Стали первой группы применяются в основном как стали кон-
струкционные, а стали второй группы — как стали инструмен-
тальные.
ео
В сталях с содержанием углерода м е н е е 0,8% линии GS
и PSK определяют температуры начала и конца перекристалли-
зации (вторичная кристаллизация) аустенита в феррит.
Перекристаллизация вызывается аллотропическим превраще-
нием FeT -> Fe«. В чистом железе это превращение проходит
при постоянной температуре (910°), в то время как в сталях оно
проходит в интервале температур, так как для стали с содержа-
нием С = 0,2% процесс перекристаллизации начнется при темпе-
ратуре 850° и закончится при температуре 723°.
Однако при охлаждении стали в интервале температур
850—723° не весь аустенит превратится в феррит. Часть аусте-
нита останется. Этот аустенит при температуре 723° превратится
в перлит.
В результате этих двух превращений в интервале температур,
определяемых линиями GS и PSK, структура сталей с содержа-
нием С <0,8 % при комнатной температуре будет состоять из
феррита 4-перлита.
Количественное соотношение между ферритом и перлитом
определится процентом углерода в стали. Чем больше углерода
в стали, тем больше в ней перлита, и сталь будет более твердая,
прочная, но менее пластичная.
В сталях с содержанием 00,8% линии SE и PSK
определяют температуры начала и конца кристаллизации цемен-
тита из аустенита (вторичная кристаллизация).
Это превращение вызывается уменьшением растворимости
углерода в аустените при охлаждении.
При температуре 1130° в аустените может раствориться 2%
углерода, а при 723° только 0,8%. Поэтому если в стали углерода
1%, то при охлаждении начиная с температуры 820° из аустенита
будет выделяться избыток углерода в форме цементита до тех
пор, пока в аустените не останется 0,8% углерода. При темпера-
туре 723° этот аустенит превратится в перлит.
В результате этих двух превращений в интервале температур,
определяемых линиями ES и PSK и при температуре 723°, струк-
тура сталей с содержанием С>0,8% при комнатной температуре
будет состоять из ц ем е нт и та .4 п е р л и та.
Количественное соотношение между цементитом и перлитом
также будет определяться количеством углерода в стали. Чем
больше в стали углерода, тем больше в ней цементита и сталь
будет более твердая, но и более хрупкая.
В сталях с содержанием С=0,8% превращение
аустенита при медленном охлаждении начнется и закончится при
температуре 723°. Структура этой стали при комнатной темпера-
туре будет перлит.
Температуры линии PSK, если речь идет о нагреве, обозна-
чают Лс,.
Температуры линий GS и SE обозначают соответственно АСз
Или АС/п.
81
На рис. 51 изображены в виде схемы структурные превраще-
ния, которые происходят при нагреве и медленном
охлаждении в стали с содержанием углерода, равным 0,8%.
(сталь У8).
Следует обратить внимание на то, что образующийся при
нагреве аустенит получается более мелкозернистым, чем исходное
перлитное зерно. Размер получающихся зерен аустенита будет
определяться размером пластинок перлита.
При2о’
перлит
При 750"
аустенит
При900Л
аустенит
ПриН50Л
аустенит*
жидкийраствор
При 1553
Жидкий
раствор
Рис. 51. Схема структурных превращений в стали У8 при нагреве
и медленном охлаждении
При охлаждении размер получающихся зерен перлита будет
определяться размером зерен аустенита. Из мелкого аустенитного
зерна получится мелкое перлитное зерно, что достаточно хорошо
видно из рассматриваемого рисунка. Таким образом, вызывая пе-
рекристаллизацию перлита в аустенит, можно размельчить струк-
туру стали, чем на практике часто пользуются.
Из этой же схемы видно, что при нагреве аустенитное зерно
растет. Чем выше температура, тем крупнее зерно аустенита.
Если хотят получить мелкое зерно в стали при комнатной темпе-
ратуре (мелкозернистая структура имеет более высокое значение
ударной вязкости, твердости и прочности), необходимо иметь мел-
кое аустенитное зерно перед охлаждением.
До сего времени мы разбирали структурные превращения при
медленном охлаждении. Практически такое охлаждение можно
осуществить охлаждением детали вместе с печью либо в горячей
золе, песке и т. д. В результате такого охлаждения сталь полу-
чается довольно мягкой, пластичной и хорошо обрабатывается
резанием, но обладает сравнительно невысокой прочностью.
Прочность и твердость стали можно повысить за счет
увеличения скорости охлаждения после нагрева до аустенитной
структуры. Это вызывается тем, что в стали образуются другие,
82
отличные от -перлита, структуры, которые и повышают твердость
и прочность стали.
На рис. 52 показана схема превращения аустенита в стали У8
при охлаждении с различными скоростями. Так, при охлаждении
вместе с печью, как и было отмечено на рис. 51, аустенит пре-
вращается в пластинчатый перлит. Причем это превращение про-
ходит почти (при постоянной температуре (723°).
Рис, 52. Схема структурных превращений аустенита в стали У8
при охлаждении с различными скоростями
При охлаждении на воздухе аустенит превращается в струк-
туру, которая носит название сорбит, при охлаждении в горячем
масле — в троостит (названия даны в честь ученых Сорби и
Трооста).
Образование сорбита начинается при температуре 600° и за-
канчивается при температуре 500°.
500^200°ИТ °^Раз^ется ПРИ еще б°лес низких температурах —
По своему строению перлит, сорбит и троостит очень сходны.
Все они являются механическими смесями феррита
к цементита. Разница лишь в размерах пластинок феррита
83
и цементита. В троостите они самые тонкие, в перлите самые
крупные, что видно из рис. 52.
При охлаждении в воде аустенит сохраняется в стали до тем-
пературы примерно 200° и затем мгновенно превращается в струк-
туру» которую называют мартенситом. (Название дрно в честь
ученого Мартенса).
В сталях с большим содержанием углерода аустенит не пол-
ностью превращается в мартенсит. Часть его сохраняется. Такой
аустенит называют остаточным аустенитом.
Структура мартенсита отлична и по строению и по свойствам
от сорбита и троостита.
Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор
углерода в а-железе.
Сталь, имеющая структуру мартенсита, обладает высокой
твердостью, прочностью, электросопротивлением, но она хрупка.
Скорости охлаждения и получаемые при этом структуры, ко-
торые рассмотрены на примере стали У8, характеризуют только
углеродистые стали. При охлаждении легированных сталей рас-
смотренные структуры могут получиться при иных скоростях
охлаждения. Почти во всех легированных сталях при охлаждении
в масле получается структура мартенсита. В некоторых легиро-
ванных сталях, даже при охлаждении на воздухе, получается
мартенсит. ,
В связи с этим при изучении термической обработки следует
ознакомиться с термином критическая скорость за-
калки, т. е. наименьшая скорость охлаждения,
при которой в структуре стали получается чи-
стый мартенсит. «
Таким образом, чем меньше критическая скорость закалки,
тем с меньшей скоростью нужно охлаждать сталь, чтобы полу-
чить структуру мартенсита.
Структуры сорбита, троостита и мартенсита, получаемые
в стали при охлаждении с большими скоростями, не являются
устойчивыми. При повторном нагреве они разлагаются.
На рис. 53 приведена схема превращений этих структур в ста-
ли У8 при нагреве. При нагреве до 200° остаточный аустенит,
который сохранился в стали, при охлаждении в воде превра-
щается в мартенсит. Поэтому твердость стали повышается, при-
чем мартенсит при температуре 200° будет иметь несколько иное
строение и свойства. На рисунке он показан более темным.
При нагреве свыше 200° мартенсит начинает разлагаться,
в результате чего получается механическая смесь, состоящая из
феррита и цементита. Такие смеси, как уже указывалось раньше,
называют трооститом, сорбитом и перлитом.
На рис. 53 показаны эти структуры с указанием примерных
температур нагрева, при которых они получаются, и их примерной
твердости. При температуре 300° образуется самая мелкая
смесь — троюстит; при температуре 500° —сорбит, в нем зер-
84
рьппки более крупные. Процесс укрупнения зерен цементита идет
и при дальнейшем нагреве и приводит к структуре перлита.
Мартенсит♦ _
ост. аустенит
Закаленное
состояние
Мартенсит
200°
Грооотшп
300°
Рис. 53. Схема структурных превращений
при нагреве
Сорбит Перлит
500° 600°
мартенсита в стали У-8
§ 12. НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ПРИБОРЫ ТЕПЛОВОГО
КОНТРОЛЯ
Для термической обработки применяют оборудование, состоя-
щее из напревателыных устройств (немей, ванн и т. д.), закалоч-
ных устройств (баков, закалочных прессов, закалочных приспо-
соблений и т. д ), приборов для контроля и регулирования тепло-
вых режимов, очистительных устройств (травильных, пескоструй-
ных, моечных машин), охладителей закалочных жидкостей, кон-
трольных приборов для определения результатов термической
обработки >и др.
Нагревательные устройства. Электрические печи.
Обогрев рабочего пространства осуществляется в электрических
печах металлическими или карборундовыми нагревателями или
металлическими электродами.
Электроэнергия широко применяется в термической обработке
как источник тепловой энергии. С помощью электроэнергии мож-
но осуществить нагрев до 1350° с точностью регулирования тем-
пературы в пределах ± 3°.
Печи, работающие на газообразном топливе, обогрева-
ются с помощью специальных горелок.
Применение такого топлива позволяет регулировать темпе-
ратуру в процессе работы печи с точностью ± 5° и производить
нагрев до 1600°.
В печах, работающих на жидком топливе, используют ма-
зут, сжигаемый в форсунках. Недостатком этих печей является
трудность их регулирования; точность регулирования составляет
лишь ± 10—15°.
В настоящее время жидкое и газообразное топливо приме-
няют для нагрева свыше 1300° либо в тех случаях, когда произ-
водство ощущает недостаток в электроэнергии, либо когда нали-
чие местных ресурсов (угля и нефти) делает применение газового
и жидкостного обогрева экономически более выгодным;
85
Независимо от источника тепловой энергии печи, применяе-
мые в практике термической обработки, строятся в виде камер-
ных печей, печей-ванн и шахтных печей.
Одна из камерных электрических печей пока-
зана на рис. 54. Печь имеет рабочую камеру 7, выложенную ша-
мотным огнеупорным кирпичом 8 и изолированную теплоизоля-
ционной засыпкой 9. Наружная поверхность печи покрыта листо-
вым железом 4. Электронагреватели 5 расположены на боковых
стенках печи и под подовой плитой 2. В своде рассматриваемой
электрической камерной печи помещают термопару 6. Подъем
дверцы печи 3 производится нажатием педали 1, что облегчается
грузом 11, переброшенным через блок 10\ этот груз подбирают
примерно равным весу дверцы.
Рис. 54. Камерная печь
Электронагреватели для таких печей изготовляются в виде
лент или проволоки из сплавов, обладающих высоким электросо-
противлением. К таким сплавам относятся константан (Си и Ni),
который используется при нагреве до температур 500°, нихромы
(Ni и Сг) —при нагреве до 1100° и карборунд — минералокера-
мический сплав, используемый при нагреве до температур свыше
1100°.
При термической обработке массивных деталей используют
камерную печь с выдвижным подом (рис. 55).
В этой печи, в отличие от рассмотренной выше, под представ-
ляет собой выложенную шамотным кирпичом тележку, которая
может перемещаться по рельсам. При загрузке печи тележка вы-
двигается и на нее укладываются детали с учетом их габаритов,
веса и распределения температуры в рабочем пространстве печи.
После укладки под тележки вдвигается в печь. Передвижение те-
лежки производится от электродвигателя. Такие печи получили
£6
распространение на металлургических заводах и в кузнечно-
штамповых цехах.
Печи-ванны строятся двух типов: печи-ванны сопротивления и
електродные ванны.
Электрическая печь-ванна сопротивления
показана на рис. 56. Ванна снабжена тиглем 6, изготовленным из
жароупорного материала (алитированное железо, хромистая или
хромоникелевая нержавеющая сталь). В тигель загружаются
соли, легкоплавкие металлы или машинные масла в зависимости
ст рабочей температуры печи. Тигель обогревается снаружи при
помощи таких же ленточных или проволочных нагревателей 5, что
и камерные печи. Электронагреватели монтируются на внутрен-
ней поверхности печи, выложенной шамотным кирпичом 4,
Рис. 55. Печь с выдвижным подом
Пространство между шамотной кладкой и кожухом печи, изго-
товляемым из листового железа 8, заполняется теплоизоляцион-
ным материалом 7. Над каркасом печи монтируется вытяжной
колпак 3. Температура ванны контролируется с помощью термо-
пары 2, помещенной в жидкую среду ванны в жароупорном
чехле. В нижней части ванны предусматривается отверстие 1 для
удаления соли в случае прогара тигля. Такие печи-ванны исполь-
вуются при нагреве до температур 850—900°.
- Электродная печь-ванна показана на рис. 57. Она
снабжена муфелем 4, который заполняется солью. В муфеле
смонтированы железные электроды 2. Обогрев изделия произ-
водится за счет тепла, выделяющегося при прохождении электри-
ческого тока через расплавленную соль.
87
При разжигании в твердую соль опускают электроды, питаю-
щиеся электрическим током, и замыкают их угольным стержнем.
Проходящий через стержень ток расплавляет соль. Кожух пе-
чи 6 изготовляется из листового железа, внутренняя кладка
печи 3 — из шамотного кирпича, фундамент печи 7 — из красного
кирпича. Пространство между ними засыпается теплоизоляцион-
Рис. 56. Электрическая печь-ванна
сопротивления
Рис. 57. Электродная печь-
ваииа
ным материалом 5. Над печью устанавливается вытяжной кол-
пак /. Такие печи используются при нагреве свыше 900°.
В табл. 8 показаны составы сред для печей-ванн.
Таблица 8
Среды для печей-ванн
Тип печи-ванны Рабочие температуры в град. Среда Состав ванны
Ниже 200 Масло Вискозин
Электрическая печь- . 260 Вапор
ванна сопротивления 240—1000 Металл Sn
335—930 Pb
720-900 Соль NaCI-440/о и КС1—б&Уо
Электродная ванна 88 1000-1400 >Э ВаС12
Большое достоинство печеи-ванн состоит в том, что детали в
них меньше окисляются по сравнению с нагревом на воздухе в
камерных печах. Кроме этого, нагрев изделия в жидкой среде
происходит в два раза быстрее, чем на воздухе. Это сокращает
длительность технологического процесса изготовления детали и
позволяет производить местное нагревание изделия, частично по-
гружая его в жидкую среду.
Большое распространение
имеют электрические
шахтные печи, одна из
которых показана на
рис. 58.
Кожух печи 5 изготов-
ляется из листового же-
леза и заполняется теп-
лоизоляционным матери-
алом 4. На внутренней по-
верхности кожуха монти-
руются электрические на-
греватели 3. Внутри печи
помещается реторта 2,
представляющая собой
барабан с отверстиями
для циркуляции воздуха.
В реторту помещаются
детали. Под печью монти-
руется электродвигатель 7
с пропеллером 6, враще-
ние которого вызывает
циркуляцию воздуха и
выравнивание температу-
ры во всем объеме печи.
Сверху печь закрывается
крышкой 1.
Детали в шахтные пе-
в практике термической обработки
Рис. 58. Шахтная печь
чи загружают сверху.
Если они большой длины, то шахтные печи делаются длинными
(несколько метров), чтобы детали могли помещаться в печи вер-
тикально во избежание коробления. В жидкой или газовой среде,
в шахтных печах вместо реторты устанавливается муфель. В за-
висимости от применяемых сред шахтные печи, так же как и
печи-ванны сопротивления, могут использоваться при разных тем-
пературах.
Описанные камерные, шахтные печи и печи-ванны являются
печами периодического действия. Детали в них загружаются и
вынимаются через одно и то же загрузочное отверстие.
В связи с этим новую партию деталей можно загружать
только после удаления из печи предыдущей партии. При таком
89

способе производительность печей получается не очень высокой.
Значительно большей производительностью обладают печи
непрерывного действия.
Печь непрерывного действия показана на рис. 59.
Детали укладываются на поддоны — железные неглубокие-
ящики. Поддоны поступают в тамбур печи 2. Одновременно в
тамбур поступает два поддона. При загрузке дверки печи 3 и 4
открываются. Через дверку 3 поддоны проталкиваются в печь
гидравлическим толкателем 1. В то же время два поддона
гидравлическим приемником 7 вытаскиваются из печи и устанав-
ливаются в приемнике 5. Если детали необходимо после нагрева
охлаждать в воде или масле, то днище приемника 6 опускается
и детали падают в бак 8 с жидкостью.
Рис. 60. Схема закалочного агрегата
Рабочее пространство печи разделено на три камеры, в ко-
торых может поддерживаться желаемая температура и среда.
Так при цементации в камере И создается науглероживающая
среда, при отжиге ковкого чугуна во всех трех камерах создает-
ся нейтральная среда (N2 или Н2) и т. д. В камере 11 создается
обычно высокая температура 900—950°, а в камере 10 и 9 более
низкая, в зависимости от процесса термической обработки.
Дальнейшее повышение производительности труда в цехах по
термической обработке деталей достигается механизацией и авто-
матизацией оборудования.
На многих заводах получили распространение агрегаты для
термической обработки.
Схема автоматического закалочного агрегата приведена на
рис. 60.
В закалочную печь 1 детали поступают на конвейере 4. Ско-
рость движения конвейеров определяется временем, необходимым
для нагрева деталей в печи. После нагрева детали сбрасываются
с конвейера в бак 3 с охлаждающей жидкостью, откуда они
вынимаются также с помощью конвейера 2.
На рис. 61 показана схема агрегата для закалки и отпуска.
Агрегат состоит из печи для закалки 1, бака с охлаждающей
91
жидкостью 2, конвейера 3, моечной машины 4 и печи для отпус-
ка 5. Моечная машина необходима, если охлаждение при закалке
велось в масле.
Измерение температур. Для измерения температур при тер-
мической обработке используют специальные приборы — пиро-
метры.
Рис. 61. Агрегат непрерывного действия для закалки и отпуска
Наибольшее распространение получили термоэлектрические и
оптические пирометры.
Схема термоэлектрического пирометра приведена на рис. 62.
Он представляет собой
термопару с гальвано-
метром. Термопара —
это две проволочки из
.разнородных металлов
или сплавов, сваренные
между собой. Если ме-
сто спая проволочек по-
местить в расплавлен-
ный металл, температу-
ру которого мы хотим
определить, то на сво-
бодных концах проволо-
чек КК возникнет тер-
Рис. 62. Схема термоэлектрического пиро- МОЭлектроДВИЖущая СИ-
метра ла, тем большая, чем
больше разность тем-
ператур «горячего спая» — спая, погруженного в металл, и
свободных концов — «холодного спая». Отклонение стрелки галь-
ванометра, подключенного к свободным концам термопары, при
постоянной температуре окружающей среды будет пропорцио-
нально температуре исследуемого металла. Для удобства пользо-
вания гальванометром на нем имеется температурная шкала. Для
термопар используют различные металлы и сплавы. Так, напри-
мер, для измерения температур 1000—1300° термопару изготов-
ляют из платины и сплава платины с родием. Для температур
700—950° применяют термопару — хромель (хромоникелевый
сплав) и алюмель (алюминеникелевый сплав), еще при более
92
Рис. 64. Цвета каления и цвета побежалости при отпуске

низких температурах используют железо-константановую (медно-
.никелевый сплав) и медно-константановую термопары.
Температуру раскаленного металла можно определять опти-
ческим пирометром — путем сравнения яркости его свечения с
накалом нити электрической лампочки.
На рис. 63, а показан оптический пирометр. Объектив пиро-
метра направляют на раскаленный
предмет. Внутри пирометра светится
электрическая лампочка. В поле зре-
ния окуляра видны одновременно
нить накала и раскаленный металл.
Рис. 63. Оптический пирометр
а — общий вид; б — нить лампы в поле зрения окуляра пирометра
Изменяя с помощью реостата силу электрического постоянного
тока, питающего электрическую лампу, подбирают такой ток,
чтобы яркость нити накала электрической лампы и раскаленного
металла совпала (рис. 63, б).
В зависимости от величины тока стрелка прибора отклонится
по шкале на различный угол. Для удобства шкала отградуиро-
вана на градусы Цельсия. ч
Помимо перечисленных методов, в практике термической об-
работки используют приближенные методы, дающие только'
ориентировочные значения температуры металла. К таким мето-
дам следует отнести определение температуры металла по цветам
каления при нагреве под закалку или отжиг и определение тем-
пературы металла при отпуске по цветам побежалости, появляю-
щимся на светлой поверхности деталей (рис. 64).
§ 13. ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ПРАКТИКА
ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ
Основными видами термической обработки являются отжиг,
нормализация, закалка и отпуск. Кроме того, широко црименяет-
ся. химико-термическая обработка стали.
Отжиг. Отжигом называют термическую обработку, состоящую
аз нагрева стали до температур, определяемых целью отжига,
выдержки при этих температурах с последующим медленным
охлаждением. Различают несколько видов отжига: диффузион-
93
ный, полный отжиг, отжиг на зернистый перлит и низкий отжиг.
Целью различных видов может являться устранение химиче-
ской неоднородности в литых деталях, размельчение зерна, увели-
чившегося в результате предыдущих операций, снятие внутренних
напряжений, понижение твердости для облегчения механической
обработки и т. д.
Скорость нагрева детали до температуры отжига
должна обеспечить равномерный прогрев всей детали. Если де-
таль больших размеров и сложной формы, то нагрев должен быть
медленным. Скорость нагрева зависит от химического состава
стали. Чем он сложнее, в частности чем больше в стали углерода,
тем нагрев должен быть медленнее, так как теплопроводность
стали понижается.
Скорость охлаждения при отжиге должна быть
малой (100—200° в час). Обычно на практике при отжиге
детали охлаждаются вместе с печью до комнатной температуры.
Структуры, получающиеся в стали при отжиге, характеризуются
диаграммой Fe — С.
Диффузионный отжиг применяется с целью вырав-
нивания химического состава слитков стали. Выравнивание
состава происходит путем диффузии элементов. Благодаря этому
сталь становится более однородной (гомогенной). Эту операцию
называют диффузионным отжигом, или гомогенизацией. Темпера-
туру такого отжига выбирают по возможности более высокой для
того, чтобы диффузия проходила интенсивно. Обычно нагрев
производят до температуры на 180—300° выше АСз (1100—
1150°). Выдержка при отжиге составляет 12—15 час. с последую-
щим медленным охлаждением. Общая продолжительность про-
цесса достигает 80—100 час. В результате такого отжига струк-
тура выравнивается по химическому составу, но приобретает
крупнозернистое строение, легко устранимое при последующей
прокатке слитка.
Полный отжиг, или перекристаллизация, при-
меняется для фасонного лит-ья с целью размельчения зерна и
улучшения механических свойств, для сварных изделий с целью
снижения твердости и улучшения обрабатываемости сварного
шва, для проката и поковок с целью снятия внутренних напря-
жений и размельчения структуры. Этот вид отжига состоит из
нагрева до температуры выше верхней критической точки АСз на
20—30°, выдержки при этой температуре и последующего мед-
ленного охлаждения. Скорость охлаждения обычно устанавли-
вается 100—200° в час для углеродистой стали и 20—60° в час
для легированной стали. Полный отжит производится преиму-
щественно для конструкцион1ной доэвтектоидной стали. Для ин-
струментальной заэвтектоидной стали полный отжиг неприменим,
так как образующаяся при этом сетка цемента сообщает стали
хрупкость.
"Отжиг на зернистый перлит производится с целью
94
улучшения обрабатываемости резанием инструментальных сталей.
Отжиг состоит в длительном нагреве при температуре 730—•
740° с последующим медленным охлаждением до 700°, в резуль-
тате чего пластинки цементита постепенно принимают округлую
«сфероидальную» форму и образуется зернистый перлит. Струк-
тура такого перлита показана на рис. 65.
Зернистый перлит имеет механические свойства, указанные в
табл. 9; он значительно лучше обра-
батывается резанием, чем пластинча-
тый перлит. В связи с этим заэвтек-
тоидные стали, содержащие большое
количество углерода, обрабатывают
на зернистый перлит.
Все стали с содержанием угле-
рода более 0,6% поставляются ме-
таллургическими заводами со струк-
турой зернистого перлита.
Низкий отжиг состоит в на-
греве до температур, близких к Ас,
(650—680°) с последующим медлен-
ным охлаждением. Такой отжиг при-
меняется для легированных сталей
с целью снятия внутренних напряже-
ний и снижения твердости. Выдерж-
ка при этом должна быть тем боль-
шей, чем ниже температура.
Отжиг сталей проводится в камерных печах или в печах с
выдвижным подом.
Таблица 9
Механические свойства стали У-8
Рис. 65. Структура зернистог
перлита
Виды перлита а Г_«£] ® [ям21 SS4 "в
Пластинчатый перлит 82 15 30 228
Зернистый перлит 63 20 40 163
Нормализация. Нормализацией называют термическую обра-
ботку, заключающуюся в нагреве стали на 30—50° выше темпера-
тур А Сз или А ст с последующим охлаждением на спокойном
воздухе.
В низкоуглеродистых сталях после нормализации получается
такая же структура, как и после отжига. В связи с этим для
низкоуглеродистых сталей операция отжига заменяется нормали-
зацией, что экономически более выгодно (большая экономия
времени).
В среднеуглеродистых сталях (0,3—0,6% С) после нормализа-
ции структура состоит из сорбита или сорбитообразного перлита
95
со структурно свободным ферритом, количество которого зависит
от содержания углерода. При этом твердость и прочность стали
возрастают по сравнению с отожженным состоянием.
Все низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали постав-
ляются металлургическими заводами в нормализованном
состоянии.
В табл. 10 приводятся данные о механических свойствах ста-
ли 50 после отжига и нормализации.
Таблица 10
Механические свойства стали 50 после различных видов
термической обработки
о кг' 8 4^1 L-«jk2.
Отжиг Нормализация 60,0 72,0 30,0 43,0 15 13 40 38
Для заэвтектоидной стали нормализация применяется с целью
исправления структуры, если в ней цементит расположен по
границам зерен в виде сетки, что ухудшает механические свойства
стали. При быстром охлаждении на воздухе от температур
Аст +30 — 50° сетка цементита не успевает выделиться и полу-
чается перлит с большим содержанием углерода, чем 0,8%.
Пластинки цементита в таком перлите более тонкие и короткие,
чем в перлите, получающемся при отжиге.
Посредством нормализации можно также исправлять струк-
туру стали, перегретой в процессе отжига или горячей обработки.
Для высоколегированных сталей нормализация может- при-
вести к получению структур троостита и мартенсита либо чистого
мартенсита и является по существу закалкой.
Закалка. Закалкой называют операцию термической обработ-
ки, состоящую в нагреве до температур выше на 20—30° верхней
критической точки АСз для доэвтектоидной стали и выше нижней
критической точки Ас, для заэвтектоидной стали с последующим
быстрым охлаждением.
Основной целью закалки является придание стали высокой
твердости и прочности за счет получения структуры мартенсита.
Режимы закалки характеризуются скоростью и температурой
нагрева, длительностью выдержки при этой температуре и в
особенности скоростью охлаждения.
Определение скорости нагрева основывается на тех же сообра-
жениях, что и при отжиге.
Температура закалки для простых углеродистых сталей опре-
деляется содержанием углерода.
Нагрев под закалку производят либо в камерных печах, либо
в печах-ваннах сопротивления, либо в электродных печах-ваннах.
Для конструкционных сталей температура закалки выбирает-
£6
ся выше на 20—30°, В этом случае при нагреве сталь имеет;
структуру аустенита, который при последующем охлаждении со
скоростью большей, чем критическая скорость закалки, превра-
щается в мартенсит. При нагреве доэвтектоидной стали до темпе-
ратур ниже Ас, в структуре стали сохраняется некоторое коли-
чество феррита, снижающего твердость закаленной стали. Такая
закалка называется неполной и является браком.
Для инструментальных сталей наилучшей температурой закал-
ки является температура выше AG на 20—30°. В этом случае
сохранение цементита при нагреве и охлаждении будет способ-
ствовать повышению твердости, так как твердость цементита
больше твердости мартенсита.
Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше АСт из-
лишен, так как твердость получится меньшей, чем при закалке с
температуры выше А С1 за счет растворения цементита и увеличе-
ния количества остаточного аустенита. Кроме того, при охлажде-
нии с более высоких температур могут возникать большие зака-
лочные напряжения.
Скорость охлаждения при закалке должна обеспе-
чить получение структуры мартенсита. Для этого охлаждение
должно вестись со скоростью больше критической ско-
рости закалки. Если быстрое охлаждение не будет обеспе-
чено, то в стали получатся иные структуры: троостит, сорбит или
перлит, и она не приобретет желаемую твердость и прочность
(см. рис. 52).
Однако большая скорость охлаждения необходима не при всех
температурах.
В нижнем интервале температур 300—200° скорость охлажде-
ния может быть меньше критической скорости закалки, так как
при любой скорости, иногда даже и на воздухе, аустенит будет
превращаться в мартенсит. По этим соображениям охлаждаю-
щей жидкости совсем необязательно обладать большой охлаж-
дающей способностью в интервале 300—200°. Большая скорость
охлаждения в изделиях сложной формы или в деталях из высоко-
углеродистой или легированной хромом и другими элементами
стали может вызвать лишь внутренние напряжения, которые при-
водят зачастую к закалочным трещинам;
Все применяемые в практике закалки охлаждающие среды
обеспечивают желаемое быстрое охлаждение в интервале темпе-
ратур 600—550° и более медленное охлаждение в интервале тем-
ператур 300^-200°, что видно из табл. 11.
Таким образом, для того чтобы выбрать охлаждающую среду
для стали при закалке, необходимо охлаждающую способность
различных сред в интервале 650—550° сравнить с критической
скоростью закалки, которая определяется химическим составом
стали.
Из всех углеродистых сталей наименьшую критическую ско-
рость закалки имеет сталь с содержанием углерода 0,9%
4-1468 97
Таблица II
Скорость охлаждения стали в различных закаливающихся средах
Закаливающая среда
Вода 18°..................................
10-процентный водный раствор едкого натра
при 18°................................
Трансформаторное масло ...................
Скорость охлаждения в
град'сек. в интервале
температур
650-550° 300—220°
600 270
1200 300
120 25

Закаленная Заманенная
зона зона
Рис. 66. Схема, поясня-
ющая прокаливаемость
,(1'крит 400 град!сек). Наибольшую критическую скорость закалки
[у'крит 1200 град/сек) имеют низкоуглеродистые стали с содер-
жавшем углерода менее 0,3%. Остальные углеродистые стали
имеют критическую скорость закалки 400—600 град/сек.
Поэтому все углеродистые стали с содержанием углерода
более 0,3% закаливаются в воде. Низко-
углеродистые стали с содержанием угле-
рода менее 0,3% вообще не закаливаются.
Большинство легированных сталей име-
у ет критическую скорость закалки менее
“120 град/сек и поэтому закаливается в
масле.
Прокаливаемость. При охла-
ждении изделия различные слои его охла-
ждаются с разной скоростью. Поверхно-
стные слои металла охлаждаются быстрее,
чем внутренние. Чем большего сечения из-
делие, тем эта неоднородность будет боль-
ше. В результате мартенситную структуру
будут иметь лишь поверхностные слои
металла, охлаждающиеся со скоростью
больше критической скорости закалки.
В центре изделйя могут образовываться
структуры: перлит, сорбит или тростит, в зависимости от раз-
меров сечения изделия. Мартенситная структура в изделии обра-
зуется лишь на какой-то глубине.
Эта глубина зависит от охлаждающей способности закалоч-
ной жидкости и химического состава стали, определяющего кри-
тическую скорость закалки и теплопроводность металла.
На рис. 66 схематически изображено изменение скорости
охлаждения (oOJt.„)no сечению. На эту же кривую нанесено
значение критической скорости закалки (vKp). Такое сопоставле-
ние ясно показывает, что лишь те слои металла закалятся, т. е.
будут иметь мартенситную структуру, которые охлаждаются со
скоростью больше критической. Это и называют прокаливае-
мо с т ь ю стали.
ок
. Прокаливаемость определяют величиной мартенситной зоны
в мм.
Стандартным методом определения прокаливаемости является
метод торцовой закалки. Цилиндрический образец закаливают
с торца струей воды. Затем измеряют твердость вдоль образца
И определяют расстояние от торца образца, на котором твердость
соответствует мартенситной структуре. Это расстояние и харак-
теризует прокаливаемость стали.
Виды закалки. По способу охлаждения различают следую-
щие виды закалки.
Закалка в одной среде. Такая закалка проще по
выполнению, но не для любой стали и не для любых изделий ее
можно применять.
Быстрое охлаждение в большом интервале температур изде-
лий переменного сечения способствует возникновению темпера-
турной неравномерности и больших внутренних напряжений, на-
зываемых термическими. ‘
Помимо термических напряжений, при превращении аустенита
в мартенсит создаются дополнительно так называемые структур-
ные напряжения, связанные с тем, что превращение аустенита в
мартенсит происходит с увеличением объема. Если деталь слож-
ной формы или переменного сечения, то увеличение объема про-
ходит неравномерно и вызывает возникновение внутренних на-
пряжений.
Наличие больших напряжений может вызвать коробление
изделия, поводку, а иногда и растрескивание, если величина внут-
ренних напряжений превзойдет предел прочности.
Чем больше углерода, тем больше объемные изменения и
структурные напряжения, тем больше опасность возникновения
трещин.
Сталь с содержанием углерода более 0,8% закаливают в од-
ной среде, если изделия простой формы (шарики, ролики и т. д.).
В противном случае предпочитают закалку либо в двух средах,
либо по способу ступенчатой закалки.
Закалка в двух средах. Этот способ нашел широкое
применение для закалки инструмента из высокоуглеродистой
стали. Состоит он в следующем: деталь вначале замачивают в
воде и охлаждают до температур 500—550°, затем быстро пере-
носят в ма^ло, где оставляют до полного охлаждения.
Ступенчатая закалка. При этом способе деталь
быстро охлаждается погружением в соляную ванну с температу-
рой 300—250°. Выдержка при этой температуре в течение
1,5—2 мин. должна обеспечить выравнивание температур по
всему сечению изделия, устраняя тем самым термические внут-
ренние напряжения. Последующее охлаждение производят на
воздухе.
В качестве охлаждающей среды используют расплавленные
соли, селитры, легкоплавкие металлы.
4* 99
держки на воздухе должно быть
Рис. 67. Закалка ацетилеио-кислородиым
пламенем
Ступенчатая закалка уменьшает внутренние напряжения,
коробление и возможность растрескивания деталей.
Недостаток этого вида закалки в том, что охлаждение в горя-
чих средах не может обеспечить большую скорость охлаждения
в интервале 400—600°. В связи с этим ступенчатую закалку для
углеродистой стали можно применять для изделий небольшого
сечения (диаметр до 10 мм, например, сверла). Для легирован-
ных сталей, имеющих небольшие значения критической скорости
закалки, ступенчатая закалка применима к изделиям большего
сечения.
Закалка с подстуживанием. При таком способе де-
таль вынимают из печи и перед погружением в охлаждающую
жидкость некоторое время выдерживают на воздухе. Время вы-
таким, чтобы не произошел
распад на структуру перли-
та или сорбита. Это время
определяется практикой за-
калки. Подстуживание умень-
шает внутренние напряжения
и коробление и применяется
для тонких и длинных дета-
лей.
Поверхностная за-
калка с т а л и. От некото-
рых деталей в эксплуатации
требуется высокая поверхно-
стная твердость при сохране-
нии достаточно вязкой сердцевины, например зуб шестерни,
шейка коленчатого' вала и др. В этом случае сталь сознательно
закаливают на небольшую глубину. Существует несколько мето-
дов поверхностной закалки стали.
Поверхностная закалка при нагреве ацети-
лено-кислородным пламенем. Нагрев изделия произ-
водится ацетилено-кислородным пламенем. Пламенная горелка
(рис. 67), движущаяся вдоль изделия с определенной скоростью,
нагревает его поверхность. Вслед за горелкой с той же скоростью
движется трубка, подающая воду, с помощью которой произво-
дится охлаждение изделия.
Глубина прогрева и температура нагрева регулируются ско-
ростью перемещения горелки и расстоянием горелки от изделия.
Поверхностная закалка токами высокой
частоты. Нагрев изделий токами высокой частоты вызывает
разогрев поверхностного слоя изделия. Это объясняется тем, что
токи высокой частоты распространяются с неравномерной плот-
ностью по сечению. Чем больше частота тока, тем на меньшую
глубину изделия токи проникают. Благодаря этому возникает
большая плотность тока у поверхности изделия, вызывающая
весьма быстрый разогрев поверхностных слоев металла. Этот
100
метод имеет ряд преимуществ: высокую производительность, до-
статочную легкость регулирования глубины закаленного слоя,
получение большей твердости, чем при обычных методах закалки,
отсутствие окалины и коробления.
Применяемый для этой цели электрический ток получают от
специальных генераторов, дающих переменный ток с частотой до
10 млн. гц (т. е. перемен направления тока в секунду). Ток
городской сети имеет частоту 50 гц.
Рис. 68. Закалка цилиндрических деталей токами вы-
сокой частоты.
1 — деталь; 2 — многовитковый индуктор; 3 — охлаждающее
устройство
Нагрев изделия осуществляется индуктором, по которому
проходят токи высокой частоты и большой силы. Индуктор на-
водит (индуктирует) токи в изделии, помещенном внутри него
(рис. 68). Индуктор изготовляют из полых медных трубок, внутри
которых циркулирует охлаждающая вода, поэтому он сам не
разогревается за тот короткий промежуток времени, за который
деталь успевает нагреться до необходимой температуры. Форма
индуктора должна точно повторить форму изделия, тольйо тогда
изделие закалится на одну и ту же глубину по всему сечению.
Затруднения бывают при сложной форме детали, что ограничи-
вает применение этого метода.
Охлаждение нагретой детали осуществляется чаще всего либо
дополнительным дождевым устройством, либо водой, циркули-
рующей внутри индуктора.
В связи с тем что новый тип детали требует изготовления
нового индуктора, этот метод целесообразно применять при на-
личии однотипных деталей в массовом или крупносерийном про-
изводстве.
Практические приемы при закалке. Способ погружения в за-
калочную жидкость изделий сложной формы имеет большое
значение.
На рис. 69 показано, как может покоробиться брус квад-
ратного сечения в зависимости от способа погружения в охлаж-
даемую жидкость.
101
Рис. 69. Коробление в зависи-
мости от способа погружения
бруса квадратного сечения
Для уменьшения коробления применяют механические
средства, препятствующие свободному короблению изделий под
действием структурных и термических напряжений. Например,
при закалке тонкие сверла погру-
жают в масло в вертикальном поло-
жении либо в горизонтальном поло-
жении, но затем ВО' время остывания
в масле раскатывают между двумя
плоскостями.
Для некоторых изделий (ножо-
вочные полотна, рессоры и т. д.)
применяют специальные прессы, в ко-
торых зажимается изделие перед по-
гружением в закалочную жидкость.
На рис. 70 показаны два возмож-
ных способа погружения кузнечной
обжимки. При неправильном погру-
жении на рабочей поверхности, обра-
щенной вниз, будет скапливаться
пар, который препятствует скорому
охлаждению. В результате недоста-
точной скорости охлаждения может
получиться заниженная твердость ра-
бочей поверхности.
Дефекты закаленной стали. При
закалке могут иметь место следую-
щие дефекты.
Недостаточная твердость закаленного из-
делия. Такой вид брака может появляться в результате не-
правильно выбранной температуры закалки или недостаточно
интенсивного охлаждения.
Правильно
Неправильно
Рис. 70. Приемы закалки кузнечных обжимок
102
Например, при закалке доэвтектоидных сталей недостаточ-
ная твердость может получиться в результате того, что темпе-
ратура закалки была ниже А/:, и в структуре стали сохранился
феррит.
Кроме того, в доэвтектоидной стали пониженная твердость
может быть результатом перегрева. Образование при этом круп-
ноигольчатой структуры мартенсита, помимо пониженной твер-
дости, вызывает понижение ударной вязкости.
В заэвтектоидных сталях недостаточная твердость закаленно-
го изделия может также являться результатом перегрева и обра-
зования крупноигольчатого мартенсита.
Перегрев и недогрев исправляются повторной закалкой.
Иногда перед повторной закалкой деталей сложной формы дают
отжиг для устранения внутренних напряжений.
Образование мягких пятен. Этот вид брака может
быть результатом неравномерного охлаждения, соприкосновения
деталей друг с другом в процессе охлаждения, наличия жировых
пятен на поверхности изделия и неоднородности структуры (скоп-
ления феррита). Исправляется он повторной закалкой. Неодно-
родность структуры устраняется предварительной нормализацией.
Окисление и обезуглероживание характери-
зуются образованием окалины (окислов) на поверхности изделий
и выгоранием углерода в поверхностных слоях (обезуглерожи-
вание) .
Этот вид брака термической обработкой неисправим. Если
позволяет припуск на механическую обработку, то окисленный
и обезуглероженный слой удаляют шлифовкой.
Для предотвращения этого вида брака нагрев изделий реко-
мендуется проводить в печах с нейтральной атмосферой либо в
жидких средах.
Пережог. Явление пережога наступает при весьма высоких
температурах нагрева, близких к температуре плавления. В этом
случае имеет место проникновение кислорода внутрь металла и
образование окислов, располагающихся по границам зерен, или
даже оплавление металла по границам зерен, что нарушает
сплошность металла, и металл становится не пригодным для
применения. Такой брак неисправим.
Закалочные трещины могут являться результатом
слишком быстрого и неравномерного' нагрева, либо слишком
быстрого охлаждения, либо наличия на детали резких переходов
сечений, где возникают большие внутренние напряжения, приво-
дящие к растрескиванию изделия. Закалочные трещины могут
получиться и в том случае, если после закалки деталь сразу не
подвергли отпуску для снятия внутренних напряжений (особенно
это важно для углеродистых инструментальных сталей).
Для устранения растрескивания деталей при закалке необхо-
димо обеспечить равномерный и более медленный нагрев (ввести
предварительный подогрев детали), использовать закалку с
103
подстуживанием, в двух средах или ступенчатую, отпускать изде-
лия непосредственно после закалки и т. д.
Деформация и коробление, т. е. изменение разме-
ров изделия и искажение его формы, происходят в связи с тем,
что структуры имеют различный удельный объем. Это следует
учитывать при назначении допуска на шлифовку. Удельный
объем мартенсита больше, чем удельный объем перлита.
Обработка холодом. Обработка холодом состоит в погруже-
нии на некоторое время закаленных деталей в среду, имеющую
температуру ниже нуля. После этого детали вынимают на
воздух.
Выдержку при обработке холодом определяют временем,
необходимым для полного охлаждения всей детали и выравни-
вания температур по сечению.
Охлаждение изделия до отрицательных температур произво-
дят в смеси твердой углекислоты (сухой лед) со спиртом, дающей
охлаждение до —78,5° либо в жидком азоте (—196°). Кроме
этого, применяют холодильные установки, позволяющие изме-
нять температуру рабочей камеры в больших пределах.
Обработка холодом применяется для сталей, в которых после
закалки сохранился остаточный аустенит (углеродистая сталь
с содержанием больше 0,6% С, легированная инструментальная
сталь).
В результате обработки холодом за счет превращения остаточ-
ного аустенита в мартенсит повышается твердость, износостой-
кость, а поэтому такой вид обработки применяется при изготовле-
нии инструмента. Кроме того, при обработке холодом стабилизи-
руются размеры деталей, а потому эта обработка применяется
для измерительного инструмента и точных деталей машин.
Отпуск. Отпуском называется операция термической обра-
ботки, состоящая в нагреве закаленной стали до температуры ни-
же критической точки АС1, выдержке при этой температуре с по-
следующим охлаждением.
В зависимости от температуры нагрева различают два вида
отпуска: низкий и высокий.
Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале
120—200°, выдержкой и последующим охлаждением на воздухе.
Этот вид отпуска применяют для инструментов и точных деталей,
изготовляемых из инструментальной стали, для которых важны
высокая твердость и постоянство размеров.
Режущий инструмент подвергают низкому отпуску при темпе-
ратурах 160—200°. В результате отпуска сталь сохраняет высокую
твердость, а иногда и повышает ее за счет распада остаточного
аустенита (см. рис. 53).
Измерительный инструмент и точные детали подвергают низ-
кому отпуску при температурах 120—160°. После такого отпуска
(его иногда называют искусственным старением) размеры изде-
лия не меняются.
104
Сталь после низкого отпуска сохраняет высокие прочностные
свойства, но приобретает низкие пластические свойства.
Высокий отпуск характеризуется нагревом до темпера-
туры 350—650°, выдержкой и охлаждением на воздухе (для угле-
родистой стали). Нагрев до указанной температуры способствует
распаду мартенсита и образованию структур троостита или сор-
бита (см. рис. 53). Наличие таких структур весьма желательно
для деталей, изготовляемых из конструкционной стали, так как
это обеспечивает получение достаточно’ высоких прочностных и
пластических свойств.
Температура отпуска влияет на механические свойства стали.
Твердость и прочность с повышением температуры убывают,
а пластические свойства увеличиваются.
Для деталей, от которых в работе требуются прочность и пла-
стичность (например шестерни, шатуны двигателей внутреннего
сгорания, валы коробок передач и т. д.), отпуск дается до тем-
ператур 500—600° с целью получения структуры сорбита. В прак-
тике термической обработки такая операция — закалка с высоким
отпуском — получила название «термическое улучшение».
Для деталей, которые в работе испытывают знакопеременные
нагрузки (например пружины), отпуск дается до температур
350—450° с целью получения структуры троостита. В этом слу-
чае, сталь будет менее пластичная, чем сталь со структурой сор-
бита, но более прочная и твердая и будет лучше сопротивляться
переменным нагрузкам.
Отпуск производят в печах шахтного типа, применяя при этом
как воздушную среду, так и жидкие среды (масло, селитра и др.).
Примеры термической обработки некоторых деталей
1. Шестерня (рис. 71) может изготовляться из стали 45. После
предварительной механической обработки (нарезание зубьев) шестерню сле-
дует закалить. Нагрев под закалку можно произвести в электрической печи
камерного типа. Температура нагрева 820—840°. Выдержка при этой темпе-
ратуре . 30—20 мии. Охлаждение в воде. Высокий отпуск производят при
температуре 500—600° в течение 1,5 часа с последующим охлаждением
в воде.
Такая обработка — «термическое улучшение» — приведет к образованию
в металле сорбитовой структуры с твердостью Не=250 — 300 и обеспечит
зубу шестерни хорошую прочность и высокую вязкость сердцевины.
Рис. 71. Эскиз шестерни
105
Однако от зуба шестерни требуется также высокая износостойкость.
Поэтому шестерню после окончательной шлифовки зубьев закаливают
токами высокой частоты на глубину 2,0—2,5 мм с охлаждением в воде.
Последующий отпуск при 150° для снятия внутренних напряжений сохраняет
твердость поверхности зуба Нв = 550 — 600.
В результате такой обработки зуб шестерни будет прочный, хорошо
сопротивляемый ударам и износостойкий.
2. Термически обработка зубила, изготовляемого из самой пластичной
из всех инструментальных сталей — У7, состоит в том, что зубило нагрева-
ют в камерной печи или печи-ваиие до температуры 800—820е и охлаждают
в воде. При этом в воду погружают только рабочую часть зубила. Выдер-
живают несколько секунд, так что зубило не успевает полностью охладиться,
и вынимают на воздух. При появлении на поверхности зубила синих цветов
побежалости (290—300°) его снова погружают в воду до полного охлажде-
ния.
Такая обработка называется закалкой с с а м о о т п у с к о м. В ре-
зультате зубило будет иметь высокую твердость Н = 53 — 56 при доста-
точно высокой сопротивляемости ударам.
§ 14. ОСОБЕННОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛЕГИРОВАННОЙ
СТАЛИ
Для легированной стали применяют те же виды термической
обработки, что и для углеродистой стали. Отличие термической
обработки легированной стали от углеродистой состоит в выборе
температур и скорости нагрева, длительности выдержки при этих
температурах и способе охлаждения.
Нагрев легированных сталей при термической об-
работке должен быть более медленным, чем для углеродистых
сталей, в связи с пониженной теплопроводностью легированных
сталей и возможностью растрескивания при быстром нагреве.
Особенно осторожно надо нагревать детали из стали, содержащей
такие элементы, как вольфрам, который обладает низкой тепло-
проводностью.
Выбор температур термической обработки,
как уже известно, производится в зависимости от критических то-
чек стали. Все легирующие элементы можно разбить на две груп-
пы: элементы, повышающие критические точки Лп и Аез, а сле-
довательно, и температуры нагрева при термической обработке,
отжиге, нормализации и закалке, и легирующие элементы, пони-
жающие критические точки.
К первой группе относятся хром (Сг), ванадий (V),
вольфрам (W), кремний (Si) и др. В связи с этим отжиг, норма-
лизация и закалка сталей, содержащих перечисленные элементы,
производятся при более высоких температурах, чем углеродистых
сталей.
Ко второй группе элементов относятся марганец (Мп),
никель (Ni) и др.
Помимо критических точек, при выборе температуры термиче-
ской обработки обращают внимание на склонность аустенитного
зерна к росту'. Если сталь склонна к росту аустенитного зерна,
то во избежание получения крупнозернистой структуры темпера-
106
•гура термической обработки выбирается как можно ближе к кри-
тической точке стали. Однако это затрудняет более полное рас-
творение легированных карбидов в аустените и получение после
закалки легированного мартенсита, обладающего лучшими свой-
ствами. z
Все легирующие элементы, за исключением Мп, препятствуют
росту аустенитного зерна при нагреве. Особенно сильное влияние
на уменьшение роста аустенитного зерна оказывают элементы,
образующие в сталях карбиды (химические соединения с угле-
родом— Сг, W, V). Карбиды располагаются по границам зерна и
затрудняют его рост при нагреве. Таким образом, легированные
стали (за исключением марганцовистых сталей) при термической
обработке не склонны к перегреву и нагрев их может
производиться до более высоких температур,
чем для углеродистых сталей.
Время выдержки при термической обработке легиро-
ванных сталей устанавливается несколько больше, чем
для углеродистых сталей, так как легированная сталь обладает
худшей теплопроводностью, чем углеродистая, и для полного про-
грева детали требуется больше времени. Кроме этого, для полу-
чения лучших механических свойств необходима выдержка для
более полного растворения легированных карбидов в аустените.
Скорость охлаждения при термической обработке
устанавливается, как уже известно, в соответствии с величиной
критической скорости закалки.
Все легирующие элементы, кроме кобальта (Со), уменьшают
критическую скорость закалки.
Практически это приводит к тому, что большая часть легиро-
ванных сталей закаливается на мартенсит в масле, т. е. при
меньшей скорости охлаждения, чем углеродистая сталь. Некото-
рые высоколегированные стали способны закаливаться даже на
воздухе.
Легированная сталь обладает большей прокаливае-
мо с тью, чем углеродистая. Среди легированных сталей име-
ются такие, которые прокаливаются насквозь даже в крупных
сечениях.
Все легирующие элементы, кроме А1 и Со, увеличивают
количество остаточного аустенита в стали после
закалки. При содержании в большом количестве таких элементов,
как Ni, Мп, аустенит в стали при комнатной температуре может
сохраняться сколько угодно.
Присутствие легирующих элементов в стали вносит некоторые
изменения ив практику проведения отпуска.
Карбидообразующие элементы (вольфрам, ванадий, хром)
способствуют образованию устойчивого против распада, т. е.
красностойкого мартенсита. Благодаря этому высокая
твердость стали сохраняется до температур 450—550°, в то время
как в углеродистой стали мартенсит начинает распадаться с тем-
107
пературы 200—250°, что вызывает снижение твердости стали..
Высокая красностойкость является весьма ценным свойством для
инструментальной стали. Инструмент в процессе резания нагре-
вается, и если сталь не красностойка, то она теряет свою твер-
дость и режущие свойства. Поэтому вольфрам, ванадий, хром
широко используют в инструментальных сталях. Распад мартен-
сита в таких сталях при 450—550° сопровождается выделением
легированных карбидов, вызывающих замедление падения твер-
дости, а иногда и увеличение ее. Лишь при температурах 650—
700°, когда легированные карбиды сильно увеличиваются в раз-
мерах, происходит снижение твердости и прочности. Увеличение
Рис. 72. Изменение ударной вязкости
хромоникелевой стали в зависимости от
температуры отпуска
твердости в пределах темпе-
ратур 450—550° за счет вы-
деления карбидов называет-
ся вторичной твердостью.
Легированный остаточ-
ный аустенит обладает боль-
шой устойчивостью, и npeJ
вращение его в мартенсит
происходит при значительно
более высоких температурах
отпуска, чем в углеродистой
стали. Так, в быстрорежущей
стали, легированной хромом,
вольфрамом, ванадием, пре-
вращение остаточного аусте-
нита происходит лишь при
температуре отпуска 550—
575°. Это превращение состоит в частичном выделении легирую-
щих элементов в виде карбидов во время выдержки при отпуске
и в превращении обедненного остаточного аустенита в мартенсит
при охлаждении на воздухе. Такое превращение вызывает повы-
шение твердости и называется вторичной закалкой стали.
Кроме перечисленных явлений, происходящих при отпуске ле-
гированных сталей, наблюдается иной, по сравнению с углероди-
стой сталью, характер изменения ударной вязкости в зависимости
от температуры отпуска. В углеродистых сталях ударная вяз-
кость с повышением температуры отпуска непрерывно возрастает,
вплоть до температуры 600—650°. В некоторых легированных
сталях после отпуска в интервале температур 270—400е и 500—
600° наблюдается резкое снижение ударной вязкости (рис. 72).
До настоящего времени нет способа устранения хрупкости в ин-
тервале 270—400° и поэтому этот вид хрупкости называют не-
устранимой отпускной хрупкостью, или отпускной хрупкостью пер-
вого рода.
Хрупкость в интервале 500—550° называется отпускной хруп-
костью второго рода, она может быть устранена быстрым охлаж-
дением после отпуска.
108
Стали, склонные к отпускной хрупкости, не подвергаются от-
пуску в интервале температур 270—400° и охлаждаются после
отпуска в интервале 500—550° ускоренно.
Термическая обработка инструмента из быстрорежущей
стали. Инструмент из быстрорежущей стали подвергается тер-
мической обработке с целью получения красностойкой и износо-
устойчивой структуры.
Термическая обработка быстрорежущей стали состоит из за-
калки и многократного отпуска (рис. 73), иногда с промежуточ-
ной обработкой холодом.
Отпуск
г а ш
-----Растворение карбидов
в аустените
-----Выделение карбидов из
остаточного ауст'енита
—— Мартенситное превращение
Время —»-
Рис. 73. Схема термической обработки быстроре-
жущей стали
Быстрорежущая сталь содержит большое количество карби-
дов (до 30—35%). Для более полного растворения этих карби-
дов в аустените и получения красностойкого мартенсита закалку
быстрорежущей стали производят при температурах, близких к
температуре плавления. В связи с тем что такой высокий нагрев
сталц будет вызывать большое окисление и обезуглероживание,
нагрев стали производят обычно в соляных ваннах. Лучше нагре-
вать сталь с предварительным подогревом при температуре
900—950° во избежание растрескивания.
Подогрев инструмента из быстрорежущей стали может произ-
водиться в камерных или шахтных печах. Окончательный нагрев
производят в электродных печах-ваннах.
При окончательном нагреве под закалку резцы из быстроре-
жущей стали нагревают до температуры 1280—1310°. Для фа-
сонного инструмента, для которого оплавление режущих кромок
является трудно исправимым браком, температуру закалки выби-
рают 1260—1290°.
Выдержка при температуре закалки зависит от сечения ин-
струмента и составляет доли минуты. Высокая температура за-
калки и нагрев в жидкой среде обеспечивают полный прогрев
изделия и возможно более полное растворение карбидов. Однако
полного растворения карбидов не происходит.
Охлаждение инструмента из. быстрорежущей стали ведется
109
е масле. Инструмент малого сечения из быстрорежущих сталей
закаливается прямо на воздухе.
После закалки в быстрорежущей стали сохраняется большое
количество остаточного аустенита (до 40%). Это снижает твер-
дость стали. Для разложения остаточного аустенита применяют
либо обработку холодом с последующим отпуском, либо много-
кратный отпуск. Обработку холодом производят путем охлаж-
дения закаленных деталей до —80°.
Отпуск быстрорежущей стали осуществляют при сравнительно
высоких температурах (550—540°), что объясняется высокой
красностойкостью мартенсита и большой устойчивостью аусте-
нита. Во время выдержки при отпуске из остаточного аустенита
выделяются карбиды легирующих элементов. При последующем
охлаждении стали на воздухе обедненный легирующими элемен-
тами аустенит превращается в мартенсит отпуска, что повышает
твердость стали (вторичная закалка). Многократный отпуск
дается с целью более полного превращения остаточного аусте-
нита в мартенсит.
Примеры термической обработки некоторых деталей
1. С в е р л а — длинные и тонкие (рис. 74), деформация которых при
закалке должна быть незначительной, изготовляются из стали 9ХС. После
механической обработки сверло подвергают закалке и низкому отпуску,
чтобы повысить твердость и износостойкость.
Рис. 74. Эскиз сверла
Нагрев под закалку ведется в электрической печи-ванне. Жидкая среда
ванны обеспечивает минимальное окисление поверхности, что не потребует по-
следующей глубокой шлифовки. Температура закалки 840—860°. Выдержка
3 мин. Охлаждение в масле.
Отпуск проводят в масляной шахтной муфельной печи при температуре
180—190° в течение 1 часа.
При закалке и отпуске сверло погружается вертикально во избежание
деформации. При погружении в масло при закалке хвостовик остается снару-
жи и не закаливается. В результате этого хвостовик будет иметь более
низкую твердость, чем режущая часть сверла, но более высокие пластические
свойства, что предохранит его от поломок. После термической обработки
твердость режущей части сверла составит /7ду=62— 61.
2. Пр от я ж к а. наибольший диаметр которой 20 мм, а длина 500 мм,
изготовляется из стали Р-18. После предварительной механической обработки
протяжку подвергают термической обработке, которая состоит в закалке с
последующим трехкратным отпуском.
Нагрев под закалку производится с предварительным подогревом во
избежание растрескивания до температур 800—850°. Для подогрева можно
использовать камерные печи. Окончательный нагрев ведут в электродных
печах-ваннах до температур 1260—1280°. Выдержка 1,5 мин. Охлаждение при
110
закалке производится в масле. После закалки протяжке дается трехкратный
отпуск при 550—560° по одному часу. Отпуск можно проводить в шахтной
печи с воздушной средой.
После термообработки твердость протяжки составит Н/?с= 63 — 65.
§ 15. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
состава поверхностного слоя дости-
Ко'нтрЬямые
образцы
Карбюризатор
Рис. 75. Схема цементационного ящика
с деталями
Химико-термической обработкой называют процесс изменения
химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев
металла.
Такая обработка применима к деталям, от которых требуется
наличие твердой и износоустойчивой поверхности при сохранении
вязкой и достаточно прочной сердцевины, высокой коррозионной
стойкости, высокого сопротивления усталости и т. д.
Изменение химического
гается путем проникнове-
ния (диффузии) в сталь
различных элементов из
внешней среды.
К химико-термической
обработке относят процес-
сы; цементации (насыще-
ния поверхностных слоев
углеродом), азотирования
(насыщения азотом), циа-
нирования (одновременное
насыщение азотом и угле-
родом), а также диффу-
зионной металлизации (на-
сыщения поверхности алю-
минием, хромом и др.).
Цементация. Цементацией называют процесс поверхностного
насыщения стали углеродом. Цементации подвергают изделия из
углеродистой и легированной стали с содержанием углерода до
0,20%. По способу производства различают цементацию в твер-
дом карбюризаторе и газовую цементацию.
Цементация в твердом карбюризаторе. Це-
ментация по этому способу осуществляется путем длительного на-
грева при температуре выше АСа деталей, упакованных в ящи-
ках (рис. 75) вместе с карбюризатором. В качестве карбюриза-
тора чаще всего применяют смесь древесного угля с углекислыми
солями (Na2CO3, ВаСОз и др.).
Для нагрева цементационных ящиков можно использовать ка-
мерную печь или печь с выдвижным подом.
При нагреве происходит химическое взаимодействие между
кислородом воздуха, находящимся в ящике, древесным углем и
углекислыми солями. В результате этого взаимодействия обра-
зуется активный (атомарный) углерод, который проникает
в поверхностный слой изделия.
111
Для углеродистых и легированных сталей цементацию прово-
дят при температуре 900—930°. Выдержка при этой температуре
в течение 7—9 час. позволяет получить цементованный слой глу-
биной в 1,5 мм.
Длительная выдержка при высокой температуре способствует
получению крупнозернистой структуры и снижению твердости по-
верхностного слоя. После цементации с целью исправления струк-
туры и повышения твердости поверхностного слоя детали подвер-
гают термической обработке: нормализации или закалке при тем-
пературе 900—920° для размельчения зерна сердцевины, повтор-
ной закалке при температуре 770—790° для повышения твер-
дости поверхностного слоя и низкому отпуску при 150—170°.
Газовая цементация. Цементация по этому способу
осуществляется путем нагрева и выдержки деталей в присутствии
газообразного карбюризатора — смеси газов, содержащих в своем
составе CPU (метан) или СО (окись углерода). Для этой цели
используют генераторный, светильный, природные газы и продук-
ты пиролиза (разложения) керооина. В последнее время нашла
широкое применение цементация газами, получаемыми из бен-
зола и различных масел, вводимых прямо в печь по каплям.
Детали загружают в печи (непрерывного действия), в кото-
рые вводят цементующие газы. При нагреве окись углерода и ме-
тан разлагаются, образуя активный (атомарный) углерод. Про-
должительность процесса газовой цементации меньшая, чем це-
ментации твердым карбюризатором, так как нагрев и охлаждение
производятся со значительно большими скоростями, чем это мож-
но осуществить в цементационных ящиках.
Кроме этого, газовая цементация имеет ряд других преиму-
ществ: возможность точного регулирования процесса цементации
путем изменения состава цементующего газа, отсутствие гро-
моздкого оборудования и угольной пыли и возможность произво-
дить закалку непосредственно из печи. Процесс газовой цемента-
ции более экономичен.
Более совершенным и экономически выгодным является способ
газовой цементации при нагреве токами высокой частоты.
Нагрев деталей при этом способе осуществляется в муфеле,
обогреваемом индуктором. Цементация проводится при темпера-
турах 1050—1080°. Скорость цементации увеличивается в 8—
10 раз по сравнению с газовой цементацией в электрических
печах.
Этот способ цементации разработан и внедрен на Московском
автомобильном заводе им. Лихачева для цементации шестерен
автомобиля. Внедрение нового скоростного способа газовой це-
ментации снизило стоимость обработки шестерен на 25—40%.
Цементации подвергаются детали, работающие одновременно
на истирание, удар или изгиб, такие, например, как зубья шесте-
рен, поршневые пальцы и т. д.
112
Азотирование. Азотированием называется процесс насыщения
поверхностного слоя изделия азотом. Для этой цели используют
аммиак, который при нагреве разлагается с образованием актив-
ного (атомарного) азота. Атомарный азот во время выдержки при
нагреве проникает в поверхностный слой металла.
Азотирование может производиться либо с целью повышения
твердости, износостойкости и сопротивления усталости, либо
с целью .повышения коррозионной стойкости.
Азотирование легированных сталей, содержа-
щих хром, .молибден и алюминий, сопровождается повышением
твердости, износостойкости и сопротивления переменным нагруз-
кам, что объясняется образованием на поверхности изделия мел-
ких нитридов, специальных элементов (химических соединений
с азотом) и возникновением остаточных внутренних напряжений
в поверхностных слоях изделия.
Наличие нитридов создает такую высокую твердость, что
последующая термическая обработка излишня. Твердость стали
в процессе азотирования возрастает в 4—5 раз. Кроме этого, азо-
тированная сталь сохраняет высокую твердость и износостой-
кость при нагреве до 550°.
Полный цикл термической обработки для легированной стали
38ХНМ.ЮА, которая нашла в СССР наибольшее .применение для
азотирования, состоит в закалке до температуры 950° в масле,
отпуске при 550—600° с охлаждением на воздухе и азотировании
при температуре 500—520° в течение 24—60 час. (в зависимости
от желаемой твердости и глубины).
Азотирование углеродистых сталей произво-
дится лишь с целью повышения коррозионной стойкости и состо-
ит в нагреве при температуре 600—650° в течение 5—6 час.
Такое азотирование во много раз повышает коррозионную стой-
кость.
Так, сталь 15 подвергалась интенсивному ржавлению после
3—5 суток вылеживания в воде. Эта же сталь после азотирова-
ния не проявляла признаков ржавления после годового вылежи-
вания в воде.
Для азотирования может быть использована шахтная электри-
ческая печь.
Цианирование. Цианированием называется процесс одновре-
менного насыщения стали углеродом и азотом с целью повыше-
ния твердости, износостойкости и коррозионной стойкости изде-
лия.
Одновременное присутствие углерода и азота ускоряет их со-
вместную диффузию в поверхностные слои металла. Цианирова-
нию подвергают углеродистые и легированные стали.
Различают два вида цианирования: высокотемпера-
турное, проводимое при температуре, лежащей выше Ас3, и
низкотемпературное при температуре ниже Act.
ИЗ
При высокотемпературном цианировании металл насыщается
в большей степени углеродом, чем азотом, а при низкотемпера-
турном цианировании — в большей степени азотом, чем углеро-
дом. Цианирование производится в жидкой или газовой среде.
При жидкостном цианировании используют расплавленные
цианистые соли (25% NaCN, 60% NaCl и 15% Na2CO3). Циани-
стые соли натрия (NaCN) при химическом взаимодействии с по-
варенной солью (NaCl) и содой (Na2CO3) разлагаются с выде-
лением активных (атомарных) углерода и азота.
При газовом цианировании изделия нагревают в смеси газов,
содержащих углерод и азот. Для этой цели используют смесь
окиси углерода СО и аммиака NH3. При химическом взаимодей-
ствии их образуются активный (атомарный) углерод и азот.
Высокотемпературное жидкостное цианирование производится
при температурах 800—900° и дает при выдержке от 5 до 45 мин.
глубину цианированного слоя до 0,075—0,10 мм.
Такое цианирование проводят в электрических печах-ваннах.
Следует при этом отметить, что применяемые расплавленные
цианистые соли представляют собой сильный яд.
В связи с вредностью производства жидкостное цианирование
заменяют газовым цианированием, которое может производиться
в муфельных электрических печах.
Высокотемпературное газовое цианирование проводится при
тех же температурах, но выдержка составляет 1—2 часа. После
последующей закалки и отпуска твердость цианированного изде-
лия составляет Hrc = 60—64. Применяется высокотемпературное
цианирование для обработки шестерен и других деталей машин
и станков.
Низкотемпературное цианирование применяется для быстроре-
жущих сталей с целью повышения износостойкости инструмента
и проводится после полного цикла термической обработки ин-
струмента при 500—600°, это обеспечивает получение весьма
высокой твердости и износостойкости.
Диффузионная металлизация — алитирование, хромирование
и силицирование. Алитированием называют процесс насыщения
поверхности металлов алюминием с целью повышения жаростой-
кости.
Алитированию подвергают чаще всего изделия из низкоугле-
родистой стали, такие, как цементационные ящики, колосниковые
решетки и т. п. Жаростойкость алюминиевых деталей повышается
за счет создания на поверхности защитной окисной пленки
А12О3.
Алитированные детали обладают жаростойкостью при нагрезе
до 900—950°.
Диффузионным хромированием называют процесс насыщения
поверхностного слоя стали хромом с целью получения высоких
значений поверхностной твердости и сопротивления износу,
а также повышения коррозионной стойкости и жаростойкости.
114
Хромированию подвергают различные детали и инструменте’,
от которых требуются высокая износоустойчивость, коррозионная
стойкость и жаростойкость, такие, как сверла, калибры, клапаны
компрессоров и т. д. Жаростойкость хромированных сталей огра-
ничивается температурой 800°.
Силицированием называют процесс насыщения поверхностного
слоя кремнием с целью повышения коррозионной стойкости, со-
противления износу и жаростойкости.
Характерной особенностью силицированного слоя является его
пористость. С целью улучшения стойкости против износа силици-
рованные детали проваривают в масле. Поры впитывают масло,
что создает условия для самосмазки при трении.
Силицирование повышает коррозионную стойкость во многих
кислотах при комнатной и повышенной температурах, в морской
воде и т. д.
Жаростойкость силицированных деталей не - превышает
800—850°.
§ 16. термическая обработка чугуна
Серые, белые и ковкие чугуны подвергают термической обра-
ботке с целью изменения их структуры и свойств. Технология тер-
мической обработки чугуна (отжиг, нормализация, закалка, от-
пуск и химико-термическая обработка) сходна с технологией
термической обработки стали.
В отличие от структурных превращений, наблюдаемых в ста-
ли, в чугунах при некоторых видах термической обработки проис-
ходит разложение цементита. Цементит является неустойчивым
химическим соединением, способным при нагреве до температур
свыше 550° разлагаться с образованием графита или углерода
отжига
Fe3C -> 3Fe + С.
Этим свойством цементита пользуются при получении ковкого
чугуна и при устранении отбеленной корки на деталях из серых
чугунов, образующейся в процессе отливки на поверхности дета-
лей, соприкасающейся с формой.
Кроме процесса разложения цементита и выделения угле-
рода, может идти иной процесс — частичное растворение струк-
турно свободного углерода в твердом растворе. Это явление
используют при необходимости повысить твердость чугунного из-
делия.
Термическая обработка белого чугуна (получение ковкого
чугуна). Белый чугун в литом виде вследствие своей высокой
твердости и хрупкости не находит широкого применения. Изделия
из белого чугуна являются исходным продуктом для получения
ковкого чугуна с помощью термической обработки.
Для этой цели используют белый чугун, который содержит
2,5—3,2% С, 0,6—0,9% Si, 0,3—0,4% Мп, 0,1—0,2% Р и
115
0,06—0,1% S. Исходная структура белого чугуна — перлит и
ледебурит.
Структура ледебурита встречается во всех белых чугунах, т. е.
в железоуглеродистых сплавах с содержанием углерода
более 2%, который присутствует в сплаве в форме цементита.
Ледебурит при комнатной температуре представляет механиче-
Рис. 76. Режимы отжига ковкого
чугуна
скую смесь перлита и цемен-
тита.
Напоминаем, что перлит
представляет собой тоже ме-
ханическую смесь, но ферри-
та и цементита, причем пер-
лит— более мелкая смесь,
чем ледебурит.
Описываемый отжиг на
ковкий чугун производят в
нейтральной среде (N2 или
Н2) для защиты от обезугле-
роживания и окисления, в
специально предназначенных
для этой цели печах непре-
59).
рывного действия (см. рис.
Детали укладывают на специальные поддоны, которые раз-
мещаются на роликовом поду. Поддоны проталкиваются с опре-
деленной скоростью по роликам. Длина камер нагрева первой и
второй стадии отжига назначается с таким расчетом, чтобы де-
тали находились в камерах необходимое для данной температуры
время.
Отжиг на ковкий чугун производится по режиму, показан-
ному на рис. 76. Первая стадия отжига преследует цель разложе-
ния цементита, входящего в состав ледебурита; в перлите цемен-
тит сохраняется. Вторая стадия отжига преследует цель разло-
жения цементита, входящего в состав перлита.
В результате прохождения только одной стадии отжига
получают ковкий чугун со структурой перлит+феррит+углерод
отжига. Такой чугун называют перлитным (перлитно-ферритным,
рис. 77, а). Он обладает хорошими прочностными свойствами, но
невысокой пластичностью. Чугун с такой структурой используется
в деталях, работающих на изгиб и трение. Для повышения проч-
ности чугун можно подвергать закалке и высокому отпуску, что
улучшает его механические свойства.
После полного цикла отжига структура чугуна состоит из
феррита и углерода отжига, т. е. образуется ферритный ков-
кий чугун (рис. 77, б).
Из ковкого чугуна изготовляют мелкие детали сложной фор-
мы, которые трудно обработать резанием.
Такие детали хорошо отливаются из белого чугуна, а после-
116
дующая термическая обработка обеспечивает им хорошие пласти-
ческие и прочностные свойства.
Применяют и другой способ получения ковкого чугуна. На-
грев изделий производится в окислительной среде, вследствие
чего происходит выгорание углерода с поверхности, вызывающее
снижение твердости и некоторое повышение пластических свойств,
а также улучшение обрабатываемости. В центре такой чугун
сохраняет структуру белого чугуна. Полученный этим методом
чугун называют белосердечным в отличие от черносердечного,
получаемого при отжиге в нейтральной среде по вышеописанному
способу.
Рис. 77. Структура ковких чугунов
При таком способе детали из белого чугуна загружают в ящи-
ки, пересыпают окалиной или рудой и нагревают в обычных ка-
мерных печах.
Отжиг ковкого чугуна является весьма длительной операцией.
В настоящее время разработано много способов ускоренного от-
жига ковкого чугуна — предварительная закалка, отжиг в рас-
плавленных солях при очень высоких температурах 1050—
1100° и др.
Все эти мероприятия сокращают длительность отжига на ков-
кий чугун.
Термическая обработка отбеленного чугуна. При быстром
охлаждении отливки в литейной форме (сырая форма, металли-
ческая форма) на поверхности изделия из серого чугуна может
образоваться отбеливание, т. е. появиться структура белого чу-
гуна. Наличие такого отбела делает невозможной механическую
обработку резанием.
С целью устранения отбела отливки из серого чугуна под-
вергают отжигу по режиму, приведенному на рис. 76. Вследствие
117
наличия в сером чугуне большого количества кремния процесс
разложения цементита идет значительно быстрее, чем при отжиге
ковкого чугуна.
Снятие отбела может производиться путем кратковременного
нагрева в соляных ваннах при температуре свыше 1150° в тече-
ние нескольких минут.
В некоторых случаях (для прокатных валиков, литых желез-
нодорожных колес и др.) специально создается отбел поверх-
ности для повышения твердости и износостойкости. В этом слу-
чае детали подвергают низкотемпературному отжигу для устра-
нения литейных внутренних напряжений, способных вызвать при
работе растрескивание деталей.
Термическая обработка серого чугуна. Термическая обра-
ботка серого чугуна производится с целью снятия внутренних
напряжений в отливке, повышения твердости и прочности де-
тали.
Отжиг для снятия внутренних напряжений применяется
для литых деталей сложной формы.
Внутренние напряжения снимаются путем медленного на-
грева со скоростью 75—100 град/час до 500—550°, выдержки
при этой температуре в течение 2—8 час. и охлаждения со ско-
ростью 30—50 град/час до 200°.
Закалка производится для повышения прочностных
свойств серого чугуна. Она состоит в нагреве до температуры
выше критической (850—900°), выдержке при этой температуре
и последующем охлаждении. Длительность выдержки опреде-
ляется температурой и исходной структурой: чем больше в струк-
туре перлита, тем меньше должна быть выдержка. Если исход-
ная структура ферритная, то выдержка составляет около 3 час.
После закалки серый чугун подвергают отпуску, темпера-
тура которого определяется желаемой твердостью. Для сохране-
ния высокой твердости дается низкий отпуск, для повышения
пластичности — высокий.
Глава IV
ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
Инструмент, изготовленный из наиболее качественной ин-
струментальной легированной стали — быстрорежущей, обла-
дает, как это указывалось ранее, красностойкостью при темпе-
ратурах, не превышающих 600°.
При нагреве в работе до более высокой температуры инстру-
мент теряет свою твердость и режущие свойства.
Современные методы скоростной обработки металлов реза-
нием при скоростях до 2000 м/мин требуют применения материа-
лов, обладающих более высокой красностойкостью и стойкостью
на истирание, чем быстрорежущая сталь.
118
Этим требованиям удовлетворяют твердые сплавы — мате-
риалы, обладающие максимальной красностойкостью (до темпе-
ратуры 1200°), высокими режущими свойствами и стойкостью на
истирание. Благодаря этому твердые сплавы широко применяют
также для волочильного инструмента, оборудования при бурении
почвы, зубков врубовых машин, электросверл, бурильных молот-
ков и другого оборудования в нефтяной, угольной и рудной про-
мышленности.
Современные твердые сплавы делятся на две группы. В пер-
вую группу входят литые—наплавочные сплавы, а во вторую —
металлокерамические сплавы, полученные методом порошковой
металлургии.
Советские твердые сплавы были применены впервые в 1930 г.
и быстро внедрены в промышленность, заменив ранее применяв-
шиеся импортные сплавы.
Первый наплавочный сплав был назван сталинитом,
а первый металлокерамический сплав — победитом. Карбид-
ный сплав, выпущенный Сормовским заводом, получил название
сормайта. Карбидные сплавы с большим количеством кобальта
получили наввание стеллитов. В настоящее время производство
твердых сплавов в СССР является крупной отраслью промышлен-
ности, удовлетворяющей полностью потребности народного хо-
зяйства в таких сплавах.
§ 17. ЛИТЫЕ НАПЛАВОЧНЫЕ СПЛАВЫ
Эти сплавы выпускаются или в виде литых круглых стерж-
ней (стеллиты и сормайт) или в виде порошка, крупки (зернооб-
разные сплавы — сталинит). Литые сплавы наплавляются на
режущую кромку инструмента или на части деталей, подвергаю-
щиеся сильному износу.
Стеллиты и сормайт № 1 успешно применяют для наплавки
деталей, работающих без резких толчков и ударов, например: ги-
бочных и вытяжных матриц, пуансонов, измерительного инстру-
мента (скоб, шаблонов), центров токарных станков, ножей для
резки металла, а также для наплавки деталей, испытывающих
механический и химический износ, например седел клапанов дви-
гателей внутреннего сгорания и т. д.
Сормайт Ко 2 применяют для наплавки вырезных штампов,
обрубных матриц, пуансонов и других деталей, работающих
с толчками и ударами.
Зернообразные сплавы — сталинит — применяют в основном
для наплавки деталей, подвергающихся грубому износу, напри-
мер: зубья экскаваторов, лопатки дымососов, щеки дробилок, бу-
ровые долотья и др., а также лемехов, соединительных муфт,
шпинделей прокатных станов и т. п.
Для производства наплавленных сплавов применяют следую-
щие материалы: феррохром, ферромарганец, металлические хром
и марганец, кобальт, вольфрам, древесный уголь и чугун.
119
Сущность технологического процесса получения сплавов типа
стеллит и сормайт заключается в переплавке исходных шихто-
вых материалов в тигельной индукционной печи и отливке прутков
диаметром 5—6 мм и длиной 250—300 мм.
Технологический процесс производства зернообразных сплавов
типа сталинит заключается в дроблении и измельчении шихтовых
материалов (феррохром, ферромарганец, нефтяной кокс, чугун-
ная стружка) до порошкообразного состояния с величиной зерен
не более 1,0 мм. Измельченные материалы тщательно смешивают
в следующих пропорциях: феррохрома 30%, ферромарганца
18—19%, чугунной стружки 45%, нефтяного кокса 7—8%.
Полученная масса подвергается прокаливанию при темпера-
туре 400—500° в течение 3—4 час., выливается в противень и
после застывания измельчается в дробилке.
Марки, химический состав и свойства литых наплавочных
сплавов приводятся в табл. 12.
Таблица 12
Литые твердые сплавы
Красностойкость литых наплавочных сплавов составляет
750—800°. Наибольшее значение красностойкости имеют сплавы
типа стеллит.
Наплавка сплавов должна производиться опытными сварщи-
ками по установленной технологии.
§ 18. МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ
Более высокой твердостью и красностойкостью, чем наплавоч-
ные твердые сплавы, обладают сплавы второй группы — металло-
керамические или порошковые твердые сплавы.
Производство изделий из этих сплавов: пластинок для режу-
120
щего инструмента, фильер для волочения проволоки, коронок для
буровых машин, волочильных досок для калибровки стали, цвет-
ных металлов и т. п., относится к области порошковой метал-
лургии.
Особенностью этого производства является то, что детали
точного химического
состава и готовых
размеров, т. е. не тре-
бующие дополнитель-
ной обработки, изго-
товляют путем сме-
шения, прессовки и
последующего спека-
ния металлических
порошков. В частно-
сти, пластинки твер-
дых режущих спла-
вов получают путем
прессовки порошков
карбидов вольфрама,
карбидов титана и
кобальта под давле-
нием в 5—7 тыс. атм
в специальных сталь-
ных пресс-формах.
В процессе последую-
щего спекания при
температуре 1400—
1600° эти пластинки
приобретают необхо-
димую прочность.
Исходными про-
Рис. 78. Схема изготовления металлокерамиче-
ских сплавов
дуктами для получения металлокерамических твердых сплавов
являются вольфрамовый ангидрид (WO3), сажа, двуокись тита-
на (ТО2) и окись кобальта (С03О4).
В процессе производства получаются порошки карбидов воль-
фрама и титана и порошок кобальта, подвергаемые в дальнейшем
смешению, прессованию и опеканию.
Общая схема изготовления металлокерамических твердых
сплавов представлена на рис. 78.
Пластинки твердых сплавов обладают твердостью 85R а и
более и красностойкостью до 1200°. Они припаиваются к дер-
жавке, изготовленной из углеродистой стали, и после заточки на
специальных наждачных кругах применяются в качестве режу-
щего инструмента.
Виды некоторых инструментов с напаянными пластинками и
разные фасонные изделия из твердых сплавов представлены на
рис. 79 и 80.
121
Металлокерамические твердые сплавы являются наиболее вы-
сококачественным материалом для изготовления режущего ин-
струмента в настоящее время. Современное скоростное резание
металлов основано на применении этих сплавов.
Форма 01
Форма 07
Форма 17
tz Форма 2Ь
Развертка
Рис. 79. Инструменты с напаянными пластинками из твердых
сплавов (по ГОСТ 2209—49)
Форма 26
Согласно ГОСТ 3882—53 твердые сплавы имеют следующие
марки: ВКЗ, ВКД ВК8, ВКД2, Т5К10, Т15К6, Т30К4 и др. Буква
К и стоящая за ней цифра показывают наличие кобальта (в про-
центах). Буква В в марках ВКЗ, ВК6, ВК8, ВК12 обозначает
процент карбида вольфрама, буква Т в марке Т15К16 — карбида
титана.
122
При чистовой обработке стали скорость резания при примене-
нии твердых сплавов доходит до 2000 м!мин.
Применение металлокерамических твердых сплавов приведено
в табл. 13.
Рис. 80. Фасонные изделия из твердых сплавов
При обработке металлов резанием осваиваются в настоящее
время и минералокерамические сплавы, т. е. пластинки из корун-
да, алунда и других минеральных соединений после прессовки и
обжига. Применение этих пластинок в отдельных случаях обеспе-
чивает высокую производительность.
Таблица 13
Металлокерамические сплавы
Марка сплава Обшая характеристика Основные области применения
ВКЗ Очень высокая износоус- тойчивость и твердость при малой вязкости Все виды обработки не- металлических материалов (стекла, угли, пластмассы, камни и др.)
ВК6 Средняя вязкость и изно- соустойчивость Полуобдирочное и чисто- вое точение, фрезерование и развертывание чугуна и цветных металлов
ВК8 Высокая вязкость и проч- ность, хорошее сопротивле- ние ударам и вибрации Обдирочное точение, фре- зерование, сверление и дру- гие виды грубой обработки чугуна и цветных металлов
123
Продолжение табл, 13
Марка сплава Обшая характеристика Основные области применения
ВК10 Высокая вязкость и изно- Волочение прутков и труб
ВК15 соустойчивость из стали и цветных металлов
Т5К10 Высокая вязкость, хоро- Обдирочное точение и дру-
Т5К7 шее сопротивление ударам и деформации гие виды грубой обработки стали
Т15К6 Менее вязкий, чем сплавы Т5К10 и Т5К7, но более износоустойчивый Полуобдирочное н чисто- вое точение, скоростное то- чение и фрезерование стали, нарезание резьб и развер- тывание отверстий
Т30К4 Очень высокая износоус- тойчивость и твердость Скоростные точения и рас- тачивание стали с малыми сечениями стружки
Г л а в а V
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
К цветным металлам относятся медь, алюминий, никель, сви-
нец, олово, цинк и др,, а также сплавы на основе этих ме-
таллов.
В современном машиностроении цветные металлы и сплавы
имеют широкое распространение, а в некоторых областях, как,
например, самолетостроении, радиотехнике и в электротехнике,
являются основными материалами.
До Великой Октябрьской социалистической революции в на-
шей стране из цветных металлов добывались лишь медь, сви-
нец, цинк и то в количестве, не удовлетворяющем потребности
промышленности. Большинство цветных металлов: алюминий,
олово, никель, магний, хром, вольфрам и др., почти не произво-
дились в царской России, а ввозились из-за границы. После ре-
волюции производство всех цветных металлов значительно рас-
ширилось. Были реконструированы старые заводы и созданы
новые крупные предприятия (Балхашский медеплавильный за-
вод, Чимкентский свинцовоплавильный и др.). Такие отрасли
цветной металлургии, как алюминиевая промышленность, были
созданы заново.
Директивы XX съезда КПСС предусматривают увеличение
в 1960 г. по сравнению с 1955 г. производства меди рафиниро-
ванной примерно на 60%; свинца на 42%, алюминия в 2,1 раза,
цинка на 77%; никеля на 64%, магния товарного в 2,1 раза
Предусматривается также значительное расширение производ-
ства титана и редких металлов: германия, ниобия, тантала и др.,
а также увеличение выпуска цветных и редких металлов высо-
кой чистоты для обеспечения дальнейшего развития электроники,
радиотехники и производства жаропрочных сплавов.
124
§ Ifl. МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ
Медь. Чистая медь имеет характерный красный цвет. Ее кри-
сталлическая решетка — гранецентрированный куб. Температу-
ра-плавления 1083°, удельный вес 8,93 г!см\ В отожженном со-
стоянии техническая медь имеет следующие средние значения
механических свойств: сгв — 25 ке/мм2, <5 — 45%, Нв— 60 кг/мм2.
Медь обладает наименьшим (после серебра) удельным электро-
сопротивлением (0,0175 ом-мм2/м) и широко применяется для
изготовления проводников электрического така (провода, шины,
кабель, электрошнур и т. п.). Благодаря высокой пластичности
медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем
состояниях; толщина медной ленты (фольга) может составлять
0,05—0,06 мм, а диаметр проволоки может быть равен 0,02—
0,03 мм. На воздухе медь окисляется с поверхности, покрываясь
зеленым налетом углекислой меди.
Медь встречается в природе в самородном состоянии в не-
значительных количествах, и основным источником получения
меди является руда. Содержание меди в руде невысокое —
до 3—5%, поэтому руда перед плавкой подвергается обога-
щению. I
Кусковая медная руда, или концентраты, после предвари-
тельного обжига переплавляются на полупродукт (штейн),
состоящий из сульфидов меди и железа (около 40% меди).
Штейн перерабатывается в горизонтальных конвертерах с
боковым дутьем на черновую медь, содержащую до 97% меди,
которая, в свою очередь, после рафинировки (очистки от при-
месей) отливается в виде прямоугольных слитков — анодов.
Аноды подвергают электролизу в слабых растворах серной
кислоты. Выделяющаяся на катоде (отрицательный полюс)
листовая катодная медь и является материалом для изготовле-
ния сплавов или слитков, из которых в дальнейшем при обра-
ботке давлением получают листы, ленту, проволоку и фасон-
ный профиль.
Электролитическая катодная медь является весьма чистым
металлом; марки, состав и назначение меди согласно ГОСТ
850—41 приведены в табл. 14.
В качестве примесей в меди присутствуют следующие эле-
менты: кислород, висмут, сурьма, мышьяк, железо, никель,
свинец, олово, сера и цинк. Особенно нежелательными являются
примеси висмута, вызывающего красноломкость меди, и кисло-
рода, являющегося причиной возникновения так называемой
«водородной» болезни меди — растрескивание слитка.
Латуни. В машиностроительной промышленности большое
применение имеют медные сплавы, отличающиеся более высо-
кой прочностью, лучшей обрабатываемостью и литейными
свойствами и во многих случаях более дешевые, чем медь.
Технические медные сплавы объединены в две группы: латуни —
125
Таблице 14
Марки меди
Марка Содержание меди в % не менее Примерное назначение
МО 99,95 Проводники тока и сплавы высокой чи- стоты
Ml 99,90 Проводники тока, прокат и высококачест- венные сплавы
М2 99,70 Высококачественные полуфабрикаты и спла- вы иа медной основе
М3 99,5 Прокатываемые сплавы на медной основе обыкновенного качества и литейные сплавы
М4 99,0 Литейные бронзы и различные неответст- венные сплавы
сплавы системы медь — цинк и бронзы — сплавы меди с оло-
вом, марганцем, кремнием, алюминием, бериллием и др.
Добавка в медь цинка (образование латуни) способствует
повышению прочности и вязкости сплава и удешевляет его.
В зависимости от структуры различают альфа-латуни, со-
держащие менее 38% цинка, и альфа + бэта-латуни, содержа-
щие 40—43% цинка. Первые представляют собой однофазный
твердый раствор цинка в меди, а вторые — смесь двух кристал-
лических твердых растворов.
Максимальную пластичность имеет латунь, содержащая около
32% цинка (5 =55%), а максимальную прочность—латунь,
содержащая около 45% цинка (ае =35 кг/мм2). В зависимости
от степени нагартовки (наклепа) значения этих свойств сильно
меняются. При значительном наклепе прочность на разрыв может
повыситься до 60 кг/мм2 при снижении относительного удлинения
6 до 0,5 % •
В зависимости от назначения различают латуни литейные,
применяемые в основном для изготовления отливок и обрабаты-
ваемые давлением (прокатка, штамповка, ковка). Некоторые
марки и назначение литейных латуней согласно ГОСТ 1019—47
приведены в табл. 15.
Таблица 15
Марки латуни
Марка Применение
ЛА 77-2 ЛАЖ 60-1-1Л ЛК 80-ЗЛ Л КС 80-3-3 ЛС 59-1 Коррозиоиностойкие детали в морском судо- строении и общем машиностроении Арматуры, втулки, подшипники Литая арматура, шестерни, детали судовой ар- матуры, подвергающиеся действию морской воды Литые подшипники и втулки Втулки для подшипников
126
Как и для всех латуней, первая буква Л в обозначении мар-
ки указывает название сплава (латунь); буква А указывает на-
личие в латуни алюминия; Ж — железа; Мц — марганца; К —
кремния; С — свинца; О — олова; Н — никеля. Стоящие за бук-
венными обозначениями цифры показывают среднее содержание
меди в процентах (первые две цифры) и других элементов
(последующие цифры). Остальное до 100%—цинк. Например,
латунь марки ЛАЖМЦ 66-6-3-2 содержит около 66% меди,
6% алюминия, 3% железа и около 2% марганца, остальное —
цинк; латунь ЛС59-1Л содержит меди 59%, свинца — 1,0%,
остальное — цинк. Буква Л в конце наименования марки указы-
вает, что это литейная латунь; отсутствие этой буквы (например
ЛС59-1) означает, что латунь применяется для обработки
давлением.
Литейные латуни используют для изготовления коррозионно-
стойких деталей в судостроении, а также шестерен, червячных
винтов, втулок и подшипников. Они хорошо обрабатываются, в
особенности при наличии свинца, и являются коррозионностой-
кими во влажной атмосфере и морской воде.
Марки и применение латуней, обрабатываемых давлением
согласно ГОСТ 1019—47, приведены в табл. 16.
Таблица 16
Латуни, обрабатываемые давлением
Марка Примерное назначение
Л 96 Радиаторные трубки
Л90 Листы и лепты для плакировки
Л 85 Трубы гофрированные
Л7О Полосы и ленты специального назначения
Л68 Полосы, ленты, листы, трубы и проволока
Л62 Полосы, ленты, листы, трубы, прутки и проволока
Латуни, содержащие наибольший процент меди (от 97 до
88%), называют томпаками (марки Л96, Л90, Л85).
Латунные изделия, полученные холодной обработкой давле-
нием (электротехническая арматура, патроны, трубки и т. п.),
необходимо подвергать отжигу при температуре 200° в течение
1,5—2 час. для частичного снятия внутренних напряжений.
Без этой обработки в деталях обнаруживается изменение
размеров и самопроизвольное растрескивание, в особенности при
наличии газовой среды, содержащей аммиак.
Бронзы. В зависимости от состава бронзы делятся на оловя-
нистые и безоловянистые (специальные).
В СССР приняты следующие стандартные обозначения
бронз: Бр (бронза), далее следуют буквенные обозначения
присутствующего элемента (русский алфавит) и среднее содер-
127
жание элемента в процентах. Например, БрОФ 6,5-0,4 обозна-
чает марку оловянисто-фосфористой бронзы, содержащей 6—7%
олова и около 0,4% фосфора.
Оловянистая бронза. Медь и оловянистая бронза
известны человечеству за много тысяч лет до нашей эры (брон-
зовый век). Из этих материалов изготовлялись оружие, посуда
и различные украшения. Позднее бронза применялась также
для отливки колоколов и пушек, изготовления различных дета-
лей. Добавка в медь олова улучшает литейные свойства сплава
(повышает жидкотекучесть и уменьшает усадку) и обрабаты-
ваемость, повышает его коррозионную стойкость и механические
свойства.
Вследствие дефицитности олова, а также благодаря созда-
нию новых безоловянистых бронз в настоящее время оловяни-
стая бронза имеет ограниченное применение. В технических
бронзах, кроме олова, содержатся также цинк, свинец и другие
элементы, улучшающие их свойства.
Литейные оловянистые бронзы (ГОСТ 613—50) применяют
для отливки деталей, работающих в условиях морской воды,
а также пара при давлении до 25 атм. Марки и примерное на-
значение литейных бронз приведены в табл. 17.
Таблица 17
Литейные бронзы
Марка Примерное назначение
БрОЦСН 3-7-5-1
БрОИС 3-12-5
БрОЦС 5-5-5
БрОЦС 6-6-3
БрОЦС 4-4-17
БрОНС 3,5-6-5
Арматура, работающая в условиях морской и
пресной воды, а также пара при давлении до 25
кг/см2
Арматура, работающая в условиях пресной воды
и пара при давлении до 25 кг/сж2
Антифрикционные детали
Детали для тракторов
Деформируемые оловянистые бронзы (ГОСТ 5017—49) вы-
пускают различного профиля в виде листа, ленты, проволоки.
Многие детали из них изготовляют штамповкой и прессовкой.
7*4арки и примерное назначение этих бронз приведены в табл. 18.
Бронзы, не содержащие олова (специальные
бронзы). К специальным бронзам относятся алюминиевые,
марганцовистые, кремнистые, бериллиевые, свинцовистые и др.
Эти сплавы в зависимости от свойств содержащихся в них эле-
ментов отличаются высокой пластичностью, коррозионной стой-
костью, высокими механическими свойствами и не только пол-
ностью заменяют оловянистые бронзы, но и во многих случаях
значительно превосходят их по своим качествам.
128
Таблица 18
Назначение бронзы
Марка
БрОФ 6,5-0,15
БрОФ 6,5-04
БрОФ 4-0,25
БрОЦ 4-3
БрОЦС 4-4-2,5
БрОЦС 4-4-4
Примерное назначение
Ленты, полосы, прутки, проволока для пружин,
подшипниковые детали
Проволока для металлических сеток и целлю-
лозно-бумажной промышленности
Трубки, применяемые в аппаратостроении и для
контрольно-измерительных приборов
Лепты, полосы, прутки, проволока для пружин
н для аппаратуры химической промышленности
Ленты и полосы для прокладок во втулках и
подшипниках
То же
Алюминий и никель повышают прочностные и антикоррозион-
ные свойства бронз; 'железо измельчает структуру и повышает
прочность; марганец .повышает жаропрочность.
В кремнистых бронзах с добавками «икеля и в бериллиевых
бронзах высокие, механические. свойства получаются в результа-
те термической обработки (закалки и отпуска).
Некоторые марки и примерное назначение безоловянистых
бронз согласно ГОСТ 493—54 приведены в табл. 19.
Таблица 19
Безоловяиистые бронзы
Марка
БрА5
БрАМц 9-2
БрАЖ 9-4
БрАЖМц 10-3-1,5
БрАЖН 10-4-4
БрКМц 3-1
БрМц 5
БрСЗО
Примерное назначение
Для монетного производства, изготовления лен-
ты, полосы
Для крупного фасонного литья и арматуры, ра-
ботающей при температуре до 250°
Для втулок, шестерен, седел, клапанов и других
деталей
Для изготовления шестерен, втулок и других
деталей
Для седел клапанов, направляющих втулки вы-
хлопных клапанов, шестерен
Для пружин, арматуры- и деталей в химическом
машиностроении и судостроении
Для паровой арматуры и других изделий
Для вкладышей подшипников
Медноникелевые и никелевые сплавы. Медноникелевые
сплавы, а также сплавы на основе никеля отличаются корро-
зионной стойкостью, большим удельным электросопротивлением,
а некоторые из них — высокой жаропрочностью и жаростой-
костью, высокими механическими свойствами. Они применяются
5—1468 129
для изготовления ответственных деталей в химическом машино-
строении, для нагревательных элементов и термопар, для
реостатов, измерительных приборов, а также для предметов
домашнего обихода (посуда, ложки и т. п.).
Некоторые марки и назначение этих сплавов согласно ГОСТ
492—52 приведены в табл. 20.
Таблица 20
Назначение сплавов
Марка | Примерное назначение
Хромель — НХ9.5
Алюмель— НМцАК 2-2-1
Монель — ПМЖМц 28-2,5-1
Мельхиор — Н.М81
Нейзильбер—НМЦ 65-20
Л1анганин — НММц 85-12
Для изготовления термопар
Для изделий высокой прочности и
коррозионной стойкости
Для коррозионностойких деталей и
бытовых изделий
Для коррозионностойких изделий
Для реостатов
В этих сплавах перва?г буква Н указывает на принадлеж-
ность сплава к никелевым сплавам, буквы М, Мц, Ц, X и А —
на наличие в сплаве меди, марганца, цинка, хрома и алюминия
в процентах, указываемых следующими за буквами цифрами.
Например, алюмель НМцАК 2-2-1 содержит около 2% марган-
ца, 2% алюминия и 1 % кремния, остальное никель; сплав
монель НМЖМц 28-2,5-1,5 содержит около 28% меди,
2,5% железа, 1,5% марганца, остальное — никель.
§ 20. АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
Алюминий. Удельный вес алюминия 2,7 г/см3, г. е. он почти
в три раза легче железа и более чем в три раза легче меди;
температура плавления 658,7°. Алюминий имеет атомнокристал-
лическую решетку гранецентрированного куба.
Удельное электросопротивление алюминия мало — 0,028—
0,030-—ом ‘мм2/м. В отожженном состоянии алюминий обладает
малой прочностью (пв = 10—12 кг/мм2) и твердостью (Яв =
с- 20—-25 кг/мм2), но высокой пластичностью (6 == 40 — 45%).
Алюминий имеет высокую коррозионную стойкость, так как
образующаяся на его поверхности пленка окислов (AI2O3)
является защитной, препятствующей окислению нижележащих
слоев металла.
Вследствие высокой электропроводности и пластичности
алюминий широко применяют в электропромышленности для из-
готовления шин, проводов, кабелей и шнуров. В авиапромыш-
ленности алюминий используют для изготовления труб (масло-
проводов и бензинопроводов); в пищевой промышленности — для
130
изготовления фольги (тонкая лента), для завертки пищевых
изделий (конфеты и пр.). Массовое применение нашел алюминий
для изготовления посуды.
Металлический алюминий получают путем электролиза при
температуре 950—970° смеси глинозема (А12О3) и криолита
(Na3AIF6) в специальных печах-ваннах, работающих при напря-
жении 4—5 в и силе тока 35 000—50 000 а.
Кристаллический глинозем (А12О3) получают, .в свою очередь,
химической обработкой алюминиевых руд — бокситов, содержа-
щих до 75% А12О3.
Марки и назначения алюминия (согласно ГОСТ 3549—47)1
приведены в табл. 21,
Таблица 21
Алюминиевые сплавы
Марка Содержание алюминия в % Примерное назначение
АВ1
АВ2
АОО
АО
А1
А2
АЗ
99,90
99,85
99,7
99,6
99,5
99,0
98,0
Для электротехнических' конденсаторов,
для химической аппаратуры
Для фольги и проводников электрического
тока
Для кабельных изделий, фольги и посуды
для варки пищи
Для сплавов, лигатур и т. п.
Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы подразделяются
на две группы: а) литейные, применяемые для изготовления
деталей путем отливки в землю, в .металлические формы или под
давлением, и б) деформируемые, применяемые для изготовления
листов, ленты, проволоки, гофра, фасонного профиля и деталей
с помощью штамповки, ковки или прессовки.
Алюминиевые сплавы характеризуются небольшим удельным
весом (до 3 г/см?), хорошей обрабатываемостью, коррозионной
стойкостью, высокими механическими свойствами после терми-
ческой обработки и хорошими литейными свойствами.
Литейные алюминиевые сплавы. Наибольшее
распространение имеют сплавы алюминия с кремнием (силумин),
содержащие также и другие элементы (медь, магний). Эти
сплавы подвергают модифицированию (добавка натрия или его
фтористой соли), вследствие чего они приобретают мелкокри-
сталлическую структуру и более высокие механические свойства.
Согласно ГОСТ 2685—53 алюминиевые литейные сплавы мар-
кируются: АЛ1, АЛ2 и т. д. до АЛ 18В (алюминиевый — литейный
сплав).
Наиболее широкое применение для изготовления отливок в
моторостроении имеют сплавы АЛ4 и АЛ5, подвергаемые упроч-
няющей термической обработке (закалке до температуры
Б* 131
5*20—530° в воде и искусственному старению при температуре
170—180°).
Марки и химический состав некоторых литейных алюминие-
вых сплавов приведены в табл. 22.
Таблица 22
Химический состав алюминиевых сплавов
Марка Содержание основных элементов в %
кремний медь магнии марганец
АЛ2 10-13 <0,8 <0,5
АЛ4 8-10,5 <0,3 0,17—0,30 0,25-0,5
АЛ5 4,5—5,5 1-1,5 0,35—0,6 <0,5
АЛ7 <1.2 4-5 • — —
АЛ8 <0,3 <0,3 0,5—11,5 <0,1
Деформируемые алюминиевые сплавы. Эти
сплавы в виде листа, ленты, гофра, фасонного профиля и поковок
особенно широко применяют в самолетостроении для обшивки
самолета и изготовления ответственных деталей (пропеллеров
и др.). Сочетая небольшой удельный вес (около 3 г/см3) с высо-
кой прочностью (а „ до 70 кг/мм2), они являются наилучшим
современным конструкционным материалом для самолето-
строения.
Представителем этой группы сплавов является дюралюминий.
Сплавы, обозначаемые марками Д1, Д16, ДЗП и др., содержат
различные количества меди, марганца, магния и кремния.
Буква Д обозначает название сплава—дюралюминий, цифра —
порядковый номер.
Средний химический состав дюралюминия следующий: медь
3—5%, магний 0,5—1,8%, марганец 0,3—0,8%, кремний 0,5—
1.2%, железо меньше 0,1%, алюминий—остальное.
Максимальные механические свойства эти сплавы приобрета-
ют после закалки до температуры 500 ±5° в воде и естественного
старения (выдерживания при комнатной температуре) в течение
четырех суток (сплав Д1, Д6, Д16).
В качестве деформируемых (для поковок) применяют также
сплавы марок АК2. АД! и др. Буквы показывают назначение
сплава: алюминиевый — для поковок, цифры—порядковый
номер.
В состав этих сплавов, кроме меди, марганца и магния, входит
небольшое количество никеля. Такие сплавы применяют, в част-
ности, для изготовления поршней авиационных моторов. Марки
и химический состав некоторых сплавов типа дюралюминий при-
ведены в табл. 23.
132
Таблица 23
Химический состав сплавов дюралюминия
Содержание основных элементов в %
Марка сплава медь магний марганец кремний
Л18 2.23,0 0,2-0,5 <0,2 <0,5
дзп 2,6—3,5 0,3—0,7 0,3-0,7 <0,5
Д1 3,8-4,8 0,4-0,8 0,4-0,8 <0,7
Д16 3,8—4,9 1,2-1,8 0,3-0,9 <0,5
Листовой дюралюминий часто подвергают плакировке —
покрытию тонким слоем чистого алюминия с целью улучшения
антикоррозионных свойств.
Плакировка осуществляется совместной горячей прокаткой
дюралюминиевой заготовки и покрывающих ее листов чистого
алюминия. Такой сплав называется плакированным дюралюми-
нием.
§ 21. МАГНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
Магний имеет температуру плавления 650°. Удельный вес его
1,74 г/сл3— он самый легкий из всех применяемых в технике
металлов. Кристаллическая решетка магния гексагональная.
В литом состоянии предел прочности магния на разрыв
составляет 10—13 кг/'мм2 при относительном удлинении 3—6%.
Магний обладает большой активностью при взаимодействии
с кислородом и в виде порошка и тонкой ленты сгорает на воз-
духе при ослепительно белом пламени.
В чистом виде магний применяют в пиротехнике, при фото-
графии— для осветительных эффектов; наиболее широкое при-
менение он получил для изготовления сверхлегких сплавов
(электрон).
Металлический магний получается главным образом путем
электролиза при температуре 750—770° безводного хлористого
магния (MgCI2). Одновременно с магнием при этом получается и
газообразный хлор.
Магниевые сплавы характеризуются небольшим удельным
весом (около 2,0 г/см?, т. е. они в 1'/2 раза легче алюминиевых
сплавов). Магниевые сплавы обладают отличной механической
обрабатываемостью, допускающей высокие скорости резания, и
сравнительно большой прочностью (п„ до 27 кг/мм2).
Недостатками магниевых сплавов являются: а) нх легкая
окпсляемость и самовозгораемость при плавке, что вызывает не-
обходимость плавки и разливки этих сплавов под слоем флюсов
или в вакууме; б) меньшая коррозионная стойкость и более
низкие литейные свойства, чем у алюминиевых сплавов. Эти не-
достатки устраняются добавкой в сплавы небольших количеств
U3
бериллия, нанесением защитных покрытий и улучшением техно-
логии производства отливок.
Магниевые литейные сплавы согласно ГОСТ 2856—45
обозначаются марками МЛ1, МЛЗ и т. д. до МЛ6.
Марки, химический состав и примерное назначение некоторых
литейных магниевых сплавов приведены в табл. 24.
Таблица 24
Магниевые сплавы
Марка сплава Содержание основных элементен в % Примерное назначение
алюминий ЦИНК марганец кремний
МЛ2 <0,2 <0,2 1-2 <0,25 Горловины бен- зобаков и нес- ложная бензомас- ляная арматура
МЛ4 5,0—7,0 2,0—3,0 0,15-0,5 <0,25 Детали самоле- тов, двигателей, корпусы прибо- ров
МЛ5 7,5-9,3 0,2—0,8 0,15—0,5 <0,25 Детали самоле- тов, двигателей, радиоаппаратура, корпусы фотоап- паратов и др.
Магниевые деформируемые сплавы обозначаются марками
MAI, МА2 и т. д. до МА5. По химическому составу эти сплавы
незначительно отличаются от литейных. Например, сплав МА5
содержит 7,8—9,2% алюминия, 0,2—0,8% цинка, 0,15—0,5%
марганца; остальное — магний. Эти сплавы применяют для штам-
повок, реже — для листов, ленты и профиля.
Деформация сплавов происходит в нагретом состоянии.
Сплав МА5 применяется для изготовления путем штамповки раз-
личных деталей, несущих повышенные нагрузки. Его окончатель-
ная термическая обработка заключается в закалке при темпера-
туре 410—425° с охлаждением на воздухе.
Поковки и штамповки после такой обработки имеют предел
прочности ов = 27 кг/мм-, относительное удлинение 6 = 6% и
твердость Нв = 56.
Детали из магниевых сплавов защищаются от коррозии раз-
нообразными лакокрасочными покрытиями, а также обработкой
в окислительных средах. Так, иапример, коррозионная стойкость
магниевых сплавов в воде и во влажной атмосфере повышается
в десятки раз после обработки их в растворах хромпика и азот-
ной кислоты (хроматирование),
134
§ 22. ПОДШИПНИКОВЫЕ (АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ)
Почти всякая машина или станок имеет вращающиеся валы
или оси, работа которых может быть надежной при правильном
выборе системы подшипников, которые служат опорами этих
валов и осей. Для уменьшения трения при вращении в подшип-
никах имеются специальные втулки или вкладыши.
Подшипники с шариковыми и роликовыми вкладышами назы-
ваются подшипниками качения; подшипники, в которых
применяются вкладыши из антифрикционных (подшипниковых)
материалов, называются подшипниками скольжения^
Несмотря на широкую распространенность шариковых и роли-
ковых подшипников, подшипники скольжения имеют сейчас очень
большое применение.
Подшипниковые (антифрикционные) сплавы должны удовлет-
ворять следующим основным требованиям: обладать неоднород-
ной структурой, улучшающей подвод масла к вращающемуся
валу, прочностью на сжатие и на истирание и достаточной
твердостью.
В зависимости от удельного давления вала и скорости вра-
щения применяют подшипниковые сплавы следующих трех групп:
1. На основе железа — серый и ковкий антифрикционный
чугун. Вкладыши подшипников из чугуна применяют при
невысоких удельных давлениях и при скорости вращения до.
5 м)сек.
Подшипниковый серый чугун представляет собой перлитный
чугун с мелкими графитными включениями марки СЧ-18-36 или
СЧ-28-48.
2. Подшипниковые сплавы на медной основе — бронзы—-ис-
пользуются при более тяжелых условиях работы. Широкое при-
менение имеют бронзы БрОФ 6,5-15, БрОЦС 4-4-4 и особенно
свинцовистая бронза БрСЗО.
3. Белые антифрикционные сплавы — баббиты — применяют
для заливки вкладышей подшипников. Многие составы этих спла-
вов были разработаны советским ученым проф. А. М. Бочваром.
Согласно ГОСТ 1320—41 и 1209—41 устанавливаются сле-
дующие марки белых антифрикционных сплавов: Б83, Б16, БН,
БТ, БС, БК, БК2 и Б6; буква Б указывает название сплава,
а следующая за ней цифра — среднее содержание в нем олова,
буквы Н, Т, С и К указывают на присутствие в баббите никеля,
теллура, свинца и кальция. Марки и химический состав некото-
рых белых антифрикционных сплавов приведены в табл. 25.
Температура начала плавления баббитов 245—420°. Предел
прочности на разрыв от 4 до 10 кг!мм2, предел усталости от 2,3
до 2,6 ка/лоч2, коэффициент трения со смазкой от 0,004 до 0,009.
Практическое применение имеют также металлокерамические
подшипниковые сплавы, изготовляемые прессованием порошков
железа и графита или бронзы и графита.
135
Таблица 25
Антифрикционные сплавы
Марка сплава Содержание основных элементов в %
сурьма медь кадмий никель МЫШЬЯК ОЛОВО сви- нец
Б83 10—12 5,5-6,5 Ост.
Б16 15—17 1,5—2,0 — — — 15-17 Ост.
БН 13-15 1,5—2,0 1,25-1,75 0,75-1,25 0,5-0,9 9-11
Б6 14-16 2,5—3.0 1,75-2,25 — 0,6-1,0 5—6
БС 16-18 1,0-1,5 — — — —
БК — — Натрий- 0,65-0,95 — — я
кальций 0,75-1,1 — —
Глава VI
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЕ
§ 23. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Коррозией называется непроизвольное разрушение металлов и
сплавов под действием окружающей среды. Коррозия называется
химической, если она происходит под действием сухих газов или
жидкостей-неэлектролитов, т. е. жидкостей, не проводящих элек-
трический ток (бензин, керосин, смола и т. п.). Коррозия назы-
вается электрохимической, если она происходит при взаимодей-
ствии с жидкостями-электролитами, т. е. проводящими электри-
ческий ток (вода, пар, водяные растворы солей, щелочи, кислоты
и т. п.).
Так как в подавляющем большинстве случаев металлические
детали работают в условиях влажной атмосферы или газов,
а некоторые детали, например в подводных лодках, пароходах и
гидросамолетах, при непосредственном контакте с растворами
солей (морская вода), то явление коррозии может наблюдаться
на .них в сильной степени, если не будут приняты меры, замед-
ляющие скорость коррозии или устраняющие ее вовсе.
Статистические данные показывают, что количество металлов
и сплавов, пришедших в негодность от коррозии, составляет
около 40% от общего количества выплавленных металлов и
сплавов.
Мировые потери от коррозии за время с 1890 по 1923 г. вы-
ражаются огромной цифрой —706 млн. т из 1760 млн. т общего
количества чугуна и стали, выплавленных за тот же период.
При химической коррозии металл или сплав, взаимодействуя
с газами при высоких температурах или с жидкостями-неэлектро-
литами, образует различные химические соединения (оксиды,
сульфиды и др.), т. е. разрушается, переходя в неметаллическое
состояние.
136
При электрохимической коррозии металл или сплав, взаимо-
действуя с электролитом, переходит в раствор в виде положи-
тельно заряженных частиц (ионов).
Происходящие здесь процессы напоминают действие простей-
шего гальванического элемента. Если такой элемент состоит из
пластинки цинка, опущенной в раствор сернокислого цинка,
и пластинки меди, опущенной в раствор сернокислой меди, то
при замыкании этих пластинок возникает электрический ток и
электроны начинают перемещаться от цинковой пластинки к
медной. Это значит, что у цинка большая способность превра-
щаться в положительно заряженные частицы (ионы).
В силу этих причин цинковая пластинка в гальваническом
элементе в процессе работы будет разрушаться. Образование
микрогальванических элементов вследствие неоднородности
структуры при взаимодействии металлов и сплавов с жидкостя-
ми-электролитами и составляет сущность процесса электрохими-
ческой коррозии.
§ 24 ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ
Виды коррозионных разрушений разнообразны. По характеру
разрушения различают:
а) равномерную (поверхностную) коррозию;
б) местную коррозию;
в) межкристаллитную (интеркристаллитную) коррозию.
Поверхностная коррозия характеризуется равно-
мерным разрушением металла по всей поверхности. Это наиме-
нее опасный вид коррозии, так как можно, зная ее скорость,
заранее определить возможный срок службы детали.
Более опасным видом коррозии является местная кор-
розия. В этом случае разрушение начинается в отдельных
участках детали, распространяясь на значительную глубину с
поверхности, и степень этого разрушения трудно определить.
Самым опасным видом коррозии является межкристал-
литная (интеркристаллитная) коррозия. В этом случае раз-
рушение происходит по границам кристаллов и внешняя поверх-
ность металла не имеет заметных следов коррозии.
Межкристаллитная коррозия может привести к мгновенной
поломке деталей в условиях эксплуатации.
Виды коррозионных разрушений приведены па рис. 81.
§ 25. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ
В Советском Союзе проведены большие работы по изучению
коррозионных явлений и разработаны методы защиты металлов
от коррозии. Установлено, что коррозионная стойкость деталей
тем выше, чем лучше их обработка; наиболее стойкими являются
полированные детали.
137
Рис. 81. Виды коррозионных разрушении:
а — равномерная поверхностная коррозия; 1 — схема; 2 — деталь; б — мест-
ная коррозия: в — межкристаллитная коррозия (по границам зерен)
1с 8
Наличие на поверхности детали царапин, рисок, забоин, сле-
дов обработки и других дефектов способствует усилению кор-
розии.
Коррозия усиливается также при контакте металлов и спла-
вов различного химического состава, например стали с медью,
латунью или бронзой, а также при неоднородной структуре
сплава.
Основными способами защиты металлов и сплавов от корро-
зии являются:
1. Легирование металла, т. е. введение в сплав элементов,
повышающих его коррозионную стойкость (хром, никель и др.).
2. Нанесение защитных окйсных пленок на поверхности ме-
талла: оксидирование, фосфатирование, хроматирование и т. п.
3. Защита металлическими покрытиями: оцинковка, лужение,
хромирование, никелирование, кадмирование и др.
4. Защита лакокрасочными покрытиями, полностью изолирую-
щими металл от соприкосновения с воздухом или влагой. При
хранении деталей и инструмента на складе и при транспортирова-
нии рекомендуется смазывание их густыми невысыхающими
смазками (вазелин) и завертывание в пергаментную бумагу.
Сущность процессов защиты металлов от коррозии сводится
к следующему.
При легировании в состав стали вводят элементы, сни-
жающие ее склонность к коррозионному разрушению или изме-
няющие более опасный вид коррозии на менее опасный (напри-
мер переход межкристаллитной коррозии в равномерную).
В сталь и чугун чаще всего вводят хром, никель, алюминий
и кремний, отдельно или совместно в различных соотношениях.
Наличие этих элементов в достаточных количествах делает сталь
и чугун стойкими в воде, во влажной атмосфере, в растворах
многих кислот и щелочей и в атмосфере сухих газов при высоких
температурах.
При нанесении защитных окисных пленок поверх-
ность деталей очищается от загрязнений с помощью травления
в кислотах или пескоструйной обработкой.
Подготовленные к обработке стальные и чугунные детали
могут подвергаться:
оксидированию (воронению) в сильно окислитель-
ных средах. Образующаяся при этом на поверхности пленка окис-
лов железа приобретает черный цвет. Она хорошо удерживает
смазку и предохраняет детали от ржавления. Оксидирование
производится в течение 1—2 час. при температуре 135—445°
в растворе, состоящем из 650 г едкого натра (NaOH), 250 г
селитры (NaNO3) и 1 л воды;
фосфатированию — в этом случае создается защитная
пленка, состоящая из нерастворимых солей фосфорной кислоты,
фосфатов железа и марганца.
139
Подготовленные детали обрабатывают при температуре 95—
98° в водном растворе сложной соли фосфорнокислого железа и
марганца. Продолжительность фосфатирования от 0,5 до 3 час.
Фосфатированная поверхность имеет черный цвет и после пропит-
ки минеральным маслом имеет высокую коррозионную стой-
кость.
Нанесение защитной окисной пленки на алюминиевые сплавы
производится обработкой деталей из этих сплавов в 20-процепт-
ном растворе серной кислоты под действием электрического тока
плотностью 2,0 А/дм2 в течение 10 мин. Так как детали в такой
ванне являются анодами (соединены с + ), то этот процесс полу-
чил название анодирования. После анодирования детали
обрабатываются в растворе хромпика.
На магниевых, медных и цинковых сплавах защитные окисные
пленки получаются путем хроматирования, т. е. обработ-
кой в растворах хромпика. При выдерживании подготовленных
деталей в течение 2—5 мин. в растворе, состоящем из хромпика
(Кг Сг2О7), азотной кислоты (HNO3), хлористого аммония
(NH4CI) и воды, они покрываются защитной пленкой сероватого
или золистого цвета, повышающей коррозионную стойкость дета-
лей в воде и во влажной атмосфере в десятки раз.
Защита металлическими покрытиями осущест-
вляется различными способами:
погружение в расплавленный металл (листы, лента, про-
волока) — о ц и н к о в а н и е, л у ж е н и е, о с в и и ц о в ы в а н и е,
кадмирование, алитирование;
гальванический метод — путем отложения на поверх-
ности детали тонкого слоя металла из растворов его солей под
действием электрического тока; гальванические покрытия
осуществляются хромом, никелем, оловом, цинком, кадмием и
другими металлами; этот способ защиты от коррозии был раз-
работан знаменитым русским ученым Б. С. Якоби;
диффузионный метод, г. е. нагрев деталей в по-
рошке какого-нибудь металла: хрома, алюминия, цинка и др.
(диффузионная металлизация); об этом способе защиты от кор-
розии уже упоминалось на стр. 114;
набрызгивание расплавленного металла на подготовлен-
ную поверхность детали (покрытие распылением). В этом случае
применяют специальные приборы (пистолеты), в которых прово-
лока разбрызгиваемого металла нагревается до температуры
плавления и затем жидкий металл пульверизируется сжатым
воздухом и наносится на поверхность детали. Чаще всего для
таких покрытий применяют цинк, кадмий и алюминий;
плакирование — т. е. покрытие одного металла другим
при их совместной горячей прокатке.
Таким путем получают биметаллы — дюралюминий, покры-
тый алюминием (плакированный), сталь, покрытую железом,
томпаком, нержавеющей сталью, алюминием и др.
140
Глава VII
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 26. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Пластическими массами называются такие материалы, основ-
ной составной частью которых являются органические продук-
ты — смола и т. п., так называемые связующие вещества в соче-
тании с различными добавками (наполнитель, краситель и др.).
Эти материалы подвергаются обработке различными методами
(прессование, литье под давлением) при повышенных или нор-
мальных температурах.
Разнообразие ценных свойств пластических масс вызывает не-
прерывный рост их применения в различных областях промыш-
ленности и в быту.
Пластические массы характеризуются небольшим удельным
весом в пределах 1—2 при значительной механической проч-
ности. Отдельные виды пластических масс (пенопласты) имеют
удельный вес около 0,1. Это свойство позволяет использовать
пластические массы там, где вес имеет большое значение: в авиа-
ции, в железнодорожном транспорте и т. п.
К общим свойствам пластических масс следует отнести хоро-
шие изоляционные свойства, что дает возможность широко ис-
пользовать их в электротехнической промышленности.
Вследствие малого коэффициента трения и высокой прочности
отдельные виды пластических масс, например текстолит, исполь-
зуют как материал, пригодный для изготовления вкладышей под-
шипников и других трущихся деталей. Подшипники из тексто-
лита применяют в прокатных станах, они с успехом заменяют
стальные подшипники с бронзовыми вкладышами. Текстолит ис-
пользуют для изготовления зубчатых колес, работающих при
высоких оборотах.
Некоторые виды пластических масс обладают прозрачностью
(органическое стекло или «плексиглас»). Органическое стекло ши-
роко используется в качестве материала для остекления' самоле-
тов, а также для изготовления прозрачных или окрашенных дета-
лей технических приборов и изделий декоративной и художе-
ственной отделки.
Весьма ценным свойством пластических масс является их
стойкость к действию некоторых агрессивных сред.
Пластические массы ле! ко подвергаются различным видам
обработки. Их можно обтачивать, резать, отливать и прессовать
в формах.
Современные методы производства изделий из пластических
масс обеспечивают высокую точность размеров изготовляемых де-
талей, чистоту поверхности, исключающую необходимость допол-
нительной отделки, и их дешевизну по сравнению с другими ма-
териалами.
141
Основу пластических масс, как уже отмечалось, составляет
связующее вещество, которое скрепляет в одно целое
все остальные составляющие.
В качестве связующего вещества применяют естественные
смолы (шеллак, янтарь и др.) и искусственные смолы, получае-
мые специальной переработкой продуктов каменного угля, нефти
и других видов естественного сырья. Смолы и приготовленные
на их основе пластические массы разделяются на две основные
группы.
Тер мо реактивные смолы, или термонеобрат и-
м ы е, которые при нагревании вначале размягчаются, а затем,
претерпевая ряд химических изменений, превращаются в неплав-
кие продукты и затвердевают при повышенных температурах.
Получаемые при этом готовые изделия на основе этих смол не
поддаются повторной переработке.
Термопластические, или термообратимые, ко-
торые при нагревании, как и термонеобратимые смолы, вначале
размягчаются, но затвердевают при охлаждении ниже темпера-
туры размягчения. Готовые материалы и изделия, приготовленные
на основе этих смол, подвергаются повторному формованию.
Детали и изделия из пластических масс могут быть изготов-
лены из одного связующего вещества или его сочетания с неболь-
шим количеством других добавок. К таким пластическим мас-
сам относится, например, органическое стекло. Однако для подав-
ляющего большинства технических деталей и изделий из пласти-
ческих масс применяют сложные смеси, в состав которых, помимо
связующего вещества, входят наполнители, красители и другие
добавки.
Наполнители являются составной частью большинства суще-
ствующих видов пластических масс. Они оказывают существенное
влияние на прочностные свойства готовых изделий (повышают
характеристики прочности), а также удешевляют стоимость по-
лучаемых изделий.
Наполнители применяются порошкообразные (древесная мука,
кварц, слюда); волокнистые (лен, хлопок, асбест волокнистый,
стекло-волокно) и слоистые (ткань хлопчатобумажная, листы бу-
маги) и пр. В соответствии с применяемыми наполнителями раз-
личают пластические массы порошкообразные, или п о-
рошковые, волокнистые, слоистые и пластические
массы, не содержащие наполнителей, — прозрачные.
§ 27. ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС
Технология переработки порошковых и волокнистых пресс-
материалов в детали и изделия. Из этой группы пластических
масс к числу наиболее употребительных пластиков могут быть
отнесены следующие.
Фенопласты — пластические массы, получаемые на осно-
ве сочетания фенольноальдегидных смол (смолы, получаемые в ре-
142
P1IC. 82. Пресс-форма закры-
того типа:
1 — матрица; 2 — пуансон: 3 — изде-
лие; 4 — поверхность смыкания
вультате реакции фенолов с альдегидами, с различными наполни-
телями и другими добавками). Пластические массы, в которых
в качестве наполнителя используется древесная мука, применяют
для изготовления аппаратуры, рукояток рычагов управления, кно-
пок сигналов и других деталей технического и бытового назначе-
ния, Для деталей с повышенной механической прочностью при-
меняют волокнистые наполнители — хлопковые очесы (волок-
нит). Для изготовления деталей с повышенной теплостойкостью
в качестве наполнителя применяют асбестовое волокно.
Аминопласты — пластические массы на основе сочета-
ния карбомйдпых смол с раз-
личными наполнителями и дру-
гими добавками. Они отлича-
ются от других типов пласти-
ческих масс способностью лег-
ко окрашиваться в светлые то-
на и хорошо сохранять приоб-
ретенный цвет. Аминопласты
применяют для цветных ящи-
ков, футляров и кожухов для
приборов и аппаратов освети-
тельной аппаратуры, выключа-
телей, светящихся • цифербла-
тов, цветных ручек, подставок,
декоративных материалов и
изделий архитектурного оформления.
Для получения деталей и изделий из пластических масс, со-
держащих наполнитель, в том числе порошкообразный и волокни-
стый, обычно готовят пресс-материал, т. е. смесь определенного
состава, состоящую из связующего вещества, наполнителя и дру-
гих составляющих; эта смесь в рыхлом состоянии или в виде
предварительно, изготовленных таблеток подвергается перера-
ботке в изделия.
Изготовление деталей и изделий из пластических масс осуще-
ствляется различными методами. Для пластических масс с порош-
ковым и волокнистым наполнителем наиболее распространенными
приемами являются прессование, литье под давлением и непре-
рывное выдавливание.
Прессование. Основным оборудованием для получения изде-
лий прессованием является пресс. Процесс прессования порошко-
образных и волокнистых пресс-материалов осуществляется в ме-
таллических пресс-формах открытого и закрытого типа (рис. 82).
Общая схема процесса прессования изделий из термонеобра-
тимых и термообратимых материалов представлена на рис. 83.
Процесс получения изделия из термонеобратимого материала
состоит в следующем. Подготовленные пресс-материалы помеща-
ются в полость пресс-формы (рис. 83, а). Затем пресс-форма за-
крывается; создается давление, и изделие выдерживается при за-
143
данных температурах. Во время выдержки происходит отверде-
вание, т. е. переход пресс-материала в твердое, практически не-
растворимое состояние (без снижения температуры). Далее пресс-
форма раскрывается, и готовое изделие удаляется выталкиваю-
щим механизмом вручную или при помощи сжатого воздуха.
Особенность процесса изготовления изделий из термообратимых
материалов методом прессования состоит в том, что отвердевание
Рис. 83. Схемы процессов прессования:
д — термоиеобратимого материала; б — термообратимого материала
оформленного изделия происходит с понижением температуры.
Для этих целей пресс-форма охлаждается (рис. 83, б). Методом
прессования из пресс-материала с порошкообразным и волокни-
стым наполнителями изготовляют корпуса велофар, корпуса ма-
нометров, разнообразные детали электро- и радиоаппаратуры, ру-
коятки рычагов управления и большое число других технических
деталей.
Литье под давлением. Метод литья под давлением является
важным промышленным методом производства пластмассовых
деталей. Сущность его заключается в следующем: исходный
пресс-материал в виде крупного порошка загружается в бункер 1
144
(рис. 84). Отсюда материал в количестве, соответствующем по
весу одной порции заливки, попадает в полость цилиндра 2 при
возвратном ходе поршня, где происходит его нагрев до требуе-
мой температуры, а затем
масса через выходное
отверстие 4 впрыски-
вается в пресс-форму
5, охлаждаемую проточ-
ной водой. Отформо-
ванное изделие быстро
отвердевает и извле-
кается при раскрытии
пресс-формы.
Машины для литья
под давлением высоко-
производительны: съем
изделий в них достигает
12—16 тыс. в смену.
Этим способом можно
изготовлять детали
сложной конфигурации,
снабженные резьбами.
Непрерывное выдав-
ливание. Процесс осуществляется на винтовом (червячном)’
прессе (рис. 85), основной рабочей частью которого является винт
(червяк) 3. Сущность процесса заключается в следующем.
Исходный материал через загрузочный бункер 1 попадает в рабо-
чий цилиндр 2, снабженный обогревающим устройством; здесь он
силон давления поршня л текущая

Обогрев
Форма открыта
а ц*
Половины
формы
Форма в процессе прессования
Рис. 84. Схема работы машины для
литья под давлением

Рис. 85. Схема винтового (червячного) пресса:
/ — бункер для загрузки массы; 2 — рабочий цилиндр пресса;
3 — винт; 4 — мундштук; 5 — выходное отверстие, соединяемое е
мундштуком; 6 —трубки для подвода пара или охлаждающей воды
145
размягчается, уплоттется и продавливается через отверстие мунд-
штука 4 заданного профиля. В отверстии мундштука происходит
формование пластического материала. Поскольку загрузка мате-
риала в машину и его выдавливание происходят непрерывно,
длина изготовляемого изделия регламентируется специальным
приспособлением. Таким методом изготовляют различные стерж-
ни, трубки, уголки, полосы и т. п., которые затем подвергаются
различным видам механической обработки.
Технология переработки слоистых пластиков в детали
и изделия. Слоистыми пластиками называются пластические ма-
териалы, в которых наполнителем является листовой волокнистый
материал. К таким видам пластических масс относится текстолит,
в котором в качестве наполнителя применяется хлопчатобумаж-
ная ткань; гетинакс, в котором наполнителем служат листы бу-
маги; асботекстолит на основе асбестовой ткани; древесные пла-
стики на основе древесного шпона и др.
Из текстолита изготовляют вкладыши подшипников, бесшум-
ные шестерни и другие изделия. Гетинакс благодаря своим высо-
ким электротехническим свойствам широко применяется в элек-
тротехнической промышленности. Асботекстолит обладает высо-
кой теплостойкостью в сочетании с высокой износоустойчивостью
и применяется для изготовления дисков сцепления и других из-
делий технического назначения.
Изготовление текстолита и других видов пластиковых листов
и плит производится на открытых гидравлических прессах' сле-
дующим образом. Нарезанные листы ткани или другого наполни-
тельного материала предварительно пропитывают смолами в спе-
циальных приспособлениях. Затем высушенные листы уклады-
вают слоями между тонкими металлическими листами и такой
собранный пакет помещают между плитами гидравлического
пресса. Обычно температура при прессовании слоистых материа-
лов равна 140—170°.
Большинство готовых изделий из слоистых пластических масс
в виде листов, труб, плит может быть отнесено к заготовкам, под-
лежащим дополнительной обработке для получения деталей.
Технология получения деталей и изделий из пластических
масс без наполнителя. Наиболее распространенными представи-
телями этого типа пластиков являются органическое .стекло, цел-
лулоид и др.
Исходные материалы для этих видов пластических масс пред-
ставляют собой жидкие смеси. Переработка их в детали и изде-
лия осуществляется методом литья, вальцеванием и другими спо-
собами.
Органическое стекло представляет собой продукт ме-
тилового эфира с небольшим количеством перекиси бензола.
Процесс изготовления органического стекла заключается
в следующем. Исходный жидкий состав заливается в прямоуголь-
ную форму, изготовленную из обычного силикатного стекла. За-
146
тем производится тепловая обработка (нагрев)' этой смеси. Пер-
воначальный нагрев приводит к получению вязкого продукта, ко-
торый при последующем нагреве загустевает и твердеет, образуя
прозрачный бесцветный стеклоподобный матерйал.
Органическое стекло может быть окрашено почти в любые
цвета, для чего в жидкую смесь вводят соответствующие краски.
Наиболее широко органическое стекло* применяют в качестве
материала для остекления самолетов, а также для изготовления
различных прозрачных деталей технических приборов и изделий
декоративной и художественной отделки.
Целлулоид является первой пластической массой, нашед-
шей промышленное применение, и представляет собой раствор
нитроцеллюлозы (продукт обработки целлюлозы кислотами)
в камфаре. Процесс изготовления целлулоида состоит в следую-
щем, В специальных смесителях приготовляется вязкая смесь
указанного состава, она фильтруется для освобождения от при-
месей, а затем поступает на горячие вальцы, где происходит ее
уплотнение и формование в листы. Из листов при помощи прес-
сования их на гидравлических прессах получают монолитные
плиты, которые затем разрезают на листы заданной толщины и
подвергают шлифованию. Из листового целлулоида методом вы-
давливания и штамповки легко получают различные полые из-
делия.
Целлулоид применяют в качестве промежуточного слоя при
изготовлении трехслойного стекла, для изготовления различного
счетного и чертежного инструмента (линейки, лекала и т. п.).
РЛЗДЕЛ ВТОРОЙ
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Глава VIII
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Литейным производством называется процесс получения раз-
личных изделий а деталей заливкой расплавленного металла
в литейные формы. Литейные формы могут быть изготовлены из
специальных формовочных смесей, металла и других материалов.
Деталь, полученная литьем, называется отливкой.
Последовательность изготовления отливки приведена на
рис. 86. В модельном цехе по чертежу детали изготовляют из
древесины модель (рис. 87, б). Модель по внешнему виду в боль-
шинстве случаев соответствует форме отливаемой детали
(рис. 87, а). Затем из древесины, изготовляют стержневой ящик
(рис. 87, в) со стержнем (рис. 87, г), служащим для образова-
ния внутренней полости отливки.
В земледельном отделении из песка, глины и других добавок
(молотый уголь п др.) приготовляют формовочную и стержневую
смесь. В формовочном - отделении из формовочной смеси (рис.
87, с>), при помощи модели изготовляют форму, делая отпечаток
модели в формовочной смеси. После удаления модели из формы
ставят стержни и форму подготовляют для заливки. Жидкий ме-
талл при заливке в полость формы поступает по каналам 5
(рис. 87, д), называемым литниковой системой. Металл в форме
охлаждается и затвердевает, образуя отливку. Литейной формой,
изготовленной из формовочной смеси, можно пользоваться толь-
ко один раз, так как при извлечении отливки она разрушается.
На рис. 87, е показана отливка с литниковой системой после
выбивки ее из формы и удаления из нес стержня.
Завершающими операциями при получении отливки являются
удаление литниковой системы, очистка и обрубка отливки.
Литейное производство является одним из самых древних ви-
дов искусства обработки металлов. В России литье металлов и
сплавов производилось со времен начала Русского государства,
в Киевской Руси.
148
Значительное развитие литейная промышленность получила
в России при Петре I. В 1701 г. на Урале был получен чугун из
первой уральской домны (Невьянский завод), а в 1702 г. Камен-
ский завод на Урале выпустил уже значительное количество
литья.
Сплавы*
применяемые О
литейном проил
вовстве
Сушка
форм
___.
Сворна
формы
Сушка стеры ней
в сушилок
Серый
уугу*
Заливка формьК выпивка отливок
расплавленны/
металлом
из формы истер
жней из отливом
Очистка
отливок
Ковкий
чугун
Цветные
металлы
Рис. 86. Последовательность изготовления отливки
Несколько позже (1732—1778 гг.) строятся литейные заводы
в Колпине и Кронштадте; в 1799 г. на Васильевском острове
в Петербурге был построен специальный чугунолитейный завод.
Однако в дореволюционной России литейное производство
продолжало оставаться слабо развитой отраслью промышлен-
ности.
После Великой Октябрьской социалистической революции ли-
тейное производство стало быстро развиваться. Созданные за-
воды станкостроительной промышленности, транспортного и сель-
скохозяйственного машиностроения, автомобильные, тракторные
и др. имеют литейные цехи, оснащенные первоклассным обору-
дованием.
Ы9
Рис. 87. Получение отливки:
а — отливка; б — разъемная модель патрубка; в — разъемный стержневой ящик;
г — стержень; д — изготовленная литейная форма патрубка: 1 — нижняя полу-
форма; 2—верхняя полуформа; 3— опоки; 4 — полость формы; 5 — литниковые
каналы; е — отливка с литниковой системой
Методом литья в машиностроении изготовляют разнообразные
детали, например станины всевозможных станков, автомобиль-
ные и авиационные блоки цилиндров, цилиндры паровозов, ко-
леса, отопительные радиаторы и др.
Этим методом можно изготовлять изделия весьма сложной
конфигурации и весом от нескольких десятков граммов до не-
скольких десятков тонн, что с помощью других процессов (ков-
ка, сварка, механическая обработка) получить весьма трудно,
а иногда невозможно.
Современный уровень развития литейного производства позво-
ляет получать отливки высокого качества и дешевле по сравне-
нию с другими видами обработки.
§ 28. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЛИТЕЙНОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
Для отливки применяют разные металлы и сплавы.
Сплав представляет собой какой-нибудь технический металл,
сплавленный с другими металлами и металлоидами (углерод,
кремний, фосфор, сера и др.).
Литейные сплавы разделяются на две группы — черные и
цветные. К черным сплавам относятся сталь и чугун; к цвет-
ным — бронза, латунь (сплавы на основе меди), алюминиевые и
магниевые сплавы.
Металлы и сплавы для литья должны обладать нужными ме-
ханическими и определенными технологическими свойствами,
обеспечивающими получение качественных отливок.
Технологические литейные свойства металлов и сплавов глав-
ным образом определяются жидкотекучестью, усадкой и склон-
ностью к ликвации.
Жидкотекучесть — способность металлов и сплавов в рас-
плавленном состоянии заполнять литейную форму. Степень жид-
котекучести сплава зависит от его температуры и химического
состава.
Усадка — свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем
при затвердевании и охлаждении, вследствие чего отливка умень-
шается в размерах по всем направлениям.
Величина усадки разных металлов и сплавов неодинакова.
Сталь обладает наибольшей усадкой по сравнению с другими
сплавами.
Усадка — нежелательное свойство металлов и сплавов. Спла-
вы, обладающие большой усадкой, склонны к образованию в от-
ливках трещин, усадочных раковин и других пороков.
Ликвацией называется неравномерность металла в отливке по
химическому составу. Неравномерность химического состава при-
водит к неодинаковому качеству отливки в разных ее частях.
Явления ликвации наиболее заметны в цветных сплавах; для
чугуна’ и стали они наблюдаются лишь в деталях с толстыми
стенками.
151
Среди сплавов, употребляемых в машиностроении для изго-
товления отливок, наибольшее распространение получил серый
чугун. Вес чугунных отливок в машиностроении составляет
в среднем около 50% веса всех машин, а в отдельных видах ма-
шин достигает 80%. Объясняется это тем, что серый чугун яв-
ляется более дешевым по сравнению с другими сплавами и в
тс же время обладает хорошими литейными свойствами, что по-
зволяет получать из него самые разнообразные по весу и слож-
ности отливки.
Температура начала плавления серого чугуна 1130°. Класси-
фикация чугунного литья обусловлена ГОСТ, в основу ее поло-
жена механическая прочность.
Серые конструкционные чугуны представлены в общесоюзном
стандарте десятью марками: Сч-00, Сч 12-28, Сч 15-32, Сч 18-36,
Сч 21-40, Сч 24-44, Сч 28-48, Сч 32-52. Сч 35-56, Сч 38-60, где
буквы Сч обозначают серый чугун, первое число определяет пре-
дел прочности при растяжении в кг/.илГ2, второе число — предел
прочности на изгиб в кг'мм2.
Химический состав отливок зависит от их назначения. Напри-
мер, для отливки блоков цилиндров автомобильных и тракторных
двигателей применяется чугун, состоящий из 3,2—3,5% углерода,
2,1—2,4% кремния, 0,5—0,8% марганца, до 0,2% фосфора и до
0,12% серы. Такой чугун имеет примерно следующие механиче-
ские свойства: предел прочности при растяжении 20—22 кг/мм2.
при изгибе — 40—44 кг/мм2, твердость по Бринеллю 170—240.
В последние 10—15 лет в литейных цехах машиностроитель-
ной промышленности значительно увеличились работы по получе-
нию отливок из высококачественных чугунов, т. е. чугунов, обла-
дающих повышенными механическими качествами.
Высококачественный серый чугун может быть получен путем
перегрева его и выдержки при высокой температуре перед за-
ливкой в литейные формы.
В последнее время разработан процесс отливки высокопроч-
ного чугуна, который получается после присадки в жидкий чугун
до 1 % магния. Этот чугун обладает пределом прочности на рас-
тяжение 50—60 кг)мм2, а при изгибе— 80—120 кг 1мм2.
§ 29. ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, СМЕСИ
И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Формовочные материалы и смеси. Главными составляющими
формовочных смесей являются песок и глина, увлажненные во-
дой. Песок составляет основу формовочной смеси, а глина, смо-
ченная водой, является связующим веществом.
Формовочные смеси- должны обладать следующими свой-
ствами: газопроницаемостью — способностью смесей пропускать
газы, образующиеся в форме при заливке ее металлом; проч-
ностью— способностью смесей не разрушаться при изготовлении,
152
транспортировании и сборке форм, а также при заливке их метал-
лом; пластичностью — способностью формовочных смесей при-
нимать заданную форму и сохранять ее после прекращения дей-
ствия давления; огнеупорностью — способностью смесей не оплав-
ляться при высоких температурах.
Формовочные смеси, идущие на изготовление литейных форм,
в зависимости от их назначения подразделяются на облицовочные
(модельные), примыкающие непосредственно к модели, наполни-
тельные, располагающиеся в опоке над облицовочной смесью, и
на общие или единые — смеси одного качества для всей формы.
Формовочные смеси различают также по способам изготовле-
ния форм: 1) формовочные смеси по-сырому, идущие для изго-
товления литейных форм, которые заливают без предварительной
их сушки; 2) формовочные смеси по-сухому — формы из этих
смесей перед заливкой их металлом подвергают сушке.
В литейном производстве преобладают формовочные смеси
по-сырому.
Смеси в зависимости от их назначения могут содержать до-
бавки. Например, в формовочную смесь для чугунного литья
в качестве добавки вводится каменноугольная пыль. Смесь, со-
держащая каменноугольную пыль, меньше пригорает к отливке.
Для смесей сухих форм и крупных стержней применяют органи-
ческие добавки—древесные опилки и торф. Введенные в смесь
добавки усыхают или сгорают при сушке форм и стержней, обра-
зуют в них поры. Образовавшиеся поры увеличивают газопрони-
цаемость формы, а сама формовочная смесь становится более по-
датливой (податливостью называется способность смеси умень-
шаться в объеме под действием сжимающей силы, возникающей
при усадке металла во время его затвердевания и дальнейшего
охлаждения).
Основу всех смесей составляет горелая (старая, отработан-
ная), выбитая из опок земля, в которую прибавляют свежие ма-
териалы (глину, песок) и другие добавки (каменноугольную пыль,
древесные опилки и др.), если они предусматриваются по техно-
логии. Количество добавляемых к горелой земле свежих материа-
лов (глина, песок) зависит от металла, заливаемого в форму,
способа изготовления форм, размера отливки и изменяется в пре-
делах от 5 до 60%. Наибольшее количество свежих материалов
содержат облицовочные смеси. При составлении формовочных
смесей освежение составляет 5—15%, а наполнительных сме-
сей— около 5%. Добавки (каменноугольная пыль и др.) в смеси
занимают от 0,5 до 6%.
Рекомендуемый состав облицовочной формовочной смеси для
производства отливок из чугуна весом до 20 кг (формовка по-
сырому) примерно следующий (в %):
Горелая, выбитая из опок земля . . . 75—88%
Свежие материалы ................ . . . 10- 20%
Каменноугольная пыль.........................2— 3%
153
Прочность на сжатие такой смеси составляет 0,3—0,5 кг/см?,
газопроницаемость — около 30, влажность 4,5—5,5%.
Стержневые материалы и смеси. Основными составляющими
стержневой смеси в большинстве случаев являются пески и свя-
зующие материалы.
В качестве связующего материала для стержневых смесей
применяют глину (такие смеси называются песчано-глинисты-
ми) или вводят в них специальные связующие—крепители.
В производстве преобладают стержневые смеси, приготовленные
на специальных связующих, к которым относятся — раститель-
ные масла или их заменители — крепитель 4ГУ (раствор расти-
тельного масла и канифоли в лаковом керосине и др.). В каче-
стве крепителей применяют также пеки, сульфитный щелок (от-
ходы целлюлозно-бумажной промышленности), декстрин (поро-
шок, полученный в результате обработки картофельного или
кукурузного крахмала), цемент, жидкое стекло и др.
Стержень, изготовленный из стержневой смеси, приобретает
прочность и другие свойства после сушки при соответствующей
температуре (170—240°). Состав стержневых смесей выбирают
с учетом размера и сложности стержня, а также условий, при
которых он находится в форме при заливке. Стержни для чугун-
ного литья без особо тонких сечений изготовляют из стержневой
смеси примерно следующего состава (в %):
Кварцевый песок .................................. 97—98%
Глина ................................... 2— 3%
Связующего к общему количеству песка и глины . . 2— 3%
Влажность -.......................................3— 4%
Прочность стержневой смеси зависит от типа крепителя и из-
меняется во влажном состоянии на сжатие от 0,05 до 0,4 кг/см2
и на разрыв в сухом состоянии от 1,5 до 8 кг/сл2.
Газопроницаемость стержневых смесей в сыром состоянии
изменяется от 60 до 120.
Приготовление формовочных и стержневых смесей. Техноло-
гия приготовления формовочных и стержневых смесей склады-
вается из следующих двух основных стадий: подготовка исходных
материалов; смешивание и разрыхление их.
При подготовке исходные свежие материалы (песок, глина
и др.) подвергают сушке, просеиванию. Выбитую из опок землю
подвергают магнитной сепарации, т. е. из нее извлекают при по-
мощи электромагнита металлические частицы, а затем просеи-
вают через редкое сито, чтобы отделить от посторонних пред-
метов.
Смешивание подготовленных исходных материалов в опреде-
ленных пропорциях сначала ведется в сухом, а затем во влаж-
ном состоянии на смешивающих бегунах. Смешивающие бегуны
(рис. 88) представляют собой неподвижную чашу с двумя глад-
кими катками 2 и 5, вращающимися вокруг вертикальной оси /;
154
одновременно катки вращаются вокруг своих горизонтальных
осей.
Поданный в чашу материал направляется под катки 2 и 5 и
при помощи плужков 2 и 3 перемешивается. Готовая смесь вы-
дается из чаши бегунов через открывающиеся отверстия 4, рас-
Рис. 88. Смешивающие бегуны
7— вертикальный вал; 2 и 5 — катки; 3 и 8 —
плужки; 4 — разгрузочное отверстие; 6 — защитный
кожух механизма; 7 — тяга механизма дверок
положенные в дне чаши. После смешивания смеси дают выле-
жаться в течение нескольких часов, чтобы влага в ней распреде-
лилась равномерно, и перед подаией па формовку ее разрых-
ляют.
Смесь, прошедшая рыхление, способствует равномерному
уплотнению форм. Приготовленные смеси подвергают испытанию
на прочность, газопроницаемость и влажность.
§ 30. МОДЕЛЬ И СТЕРЖНЕВЫЕ ЯЩИКИ
Модель — это металлическая, деревянная или изготовленная
из другого материала копия детали. Если деталь имеет внутрен-
нее отверстие (рис. 89, е), которое при отливке получается за
счет стержня (рис. 89, г), то модель имеет дополнительные вы-
ступы, называемые стержневыми знаками (рис. 89, б), которые
служат для крепления стержня в форме. Стержневые знаки мо-
дели образуют в форме соответствующие углубления. Стержень
по длине делают больше отверстия отливки на величину знаков,
которыми он устанавливается в углубления формы и при сборке
формы закрепляется в них (рис. 89, д). Стержневой ящик (рис.
89, в) —приспособление для изготовления стержней.
155
Материал для изготовления моделей и стержневых ящиков
определяется характером производства. В индивидуальном и мел-
косерийном производствах модели и стержневые ягцики изготов-
ляют из дерева (сосна, ольха, липа, клен и др.). В крупносерий-
ном и массовом производствах модели и стержневые ящики из-
готовляют из металла. Для этих целей применяют преимуще-
ственно алюминиевые сплавы.
Модели и стержневые, ящики изготовляют по чертежу детали
(рис. 89, о); они бывают цельными и разъемными, состоят из
двух и более частей (рис. 89, б, в). Модель делают разъемной,
Pirc. 89. Основные элементы литейной формы
чтобы удобнее было по ней формовать. Разъемный стержневой
ящик облегчает процесс изготовления и удаление из ящика гото-
вого стержня.
Сплав, залитый в форму, при затвердевании и последующем
охлаждении в твердом состоянии уменьшается в объеме, т. е. дает
усадку, поэтому для получения отливки заданных размеров мо-
дель должна быть изготовлена несколько больших размеров, чем
будущая отливка.
Линейная усадка сплавов неодинакова и составляет в среднем
для серого чугуна 1,1%, стали — 2%, цветных сплавов—1,5%.
При изготовлении модели усадка измеряется специальной ли-
156
нейкой, называемой усадочным метром, которая по длине больше
обыкновенного метра на величину усадки. Усадочные метры
делают для усадки в 1; 1,5 и 2%. В модели должен быть преду-
смотрен припуск на механическую обработку, т. е. толщину слоя
металла, подлежащего снятию при механической обработке от-
ливки на станках.
Для более легкого удаления модели из формы вертикальным
стенкам ее придают конусность— формовочный уклон. Уклон вы-
ражается в градусах или в процентах, зависит от высоты стенки,
способа формовки и материала модели и составляет от 0,5 до 3°.
Рис. 90. Двусторонняя металлическая модельная плита и стержневой ящик
В углах, образуемых плоскостями или поверхностями стенок мо-
дели, делают закругление, называемое галтелью.
Заготовки, из которых изготовляют деревянные модели и
стержневые ящики, для уменьшения коробления склеивают из
нескольких кусков (рис. 89, б, в), предварительно высушенных
(влажность древесины при изготовлении должна быть в преде-
лах 10—12%). Затем склеенную заготовку подвергают обработке
по чертежу на станках или вручную.
После контроля модели и стержневые ящики подвергают
окраске. Вначале покрывают краской, а затем модельным лаком,
чтобы поверхности были гладкими. Краски и лаки также предо-
храняют модели и ящики от впитывания влаги из формовочных
смесей.
157
Модели для чугунного литья принято красить в красный цвет,
для стального литья — в синий цвет, для литья цветных спла-
вов — в желтый. Стержневые знаки на моделях для всех сплавов
окрашивают в черный цвет.
Основное преимущество металлических моделей перед дере-
вянными заключается в том, что они имеют большую точность и
долговечность. Однако их изготовление гораздо дороже деревян-
ных, поэтому они применяются только в массовом и крупносерий-
ном производствах, где изготовление литейных форм ведется на
формовочных машинах.
Металлические модели, как правило, монтируются на плиту,
на которой укрепляются и модели литниковой системы- Модель-
ные плиты могут быть односторонние и двусторонние. На рис. 90
показаны двусторонняя металлическая модельная плита и метал-
лический стержневой ящик для данной отливки.
§ 31. РУЧНАЯ И МАШИННАЯ ФОРМОВКА
Формовка (процесс изготовления литейной формы) является
одной из основных операций в процессе изготовления отливок и
может быть осуществлена ручным или машинным способом.
Формовочный инструмент и опоки. При изготовлении литей-
ной формы вручную формов-
щик, помимо модели и опок,
должен иметь набор инстру-
ментов (трамбовки, гладил-
ки и т. д.).
Изготовление литейных
форм производится в опоках,
имеющих в большинстве
случаев форму рамки. Опо-
ки предохраняют литейную
форму от разрушения как во
время формовки и сборки,
так и при транспортирова-
нии. Изготовляют опоки из
чугуна, стали и алюминие-
вых сплавов.
На рис. 91 показаны ме-
таллические опоки для верх-
ней 1 и нижней 2 половин
литейных форм. Переносят
опоки при помощи ручек 4.
Рис. 91. Ручные чугунные опокн
Буртики 3 служат для удержания
формовочной смеси в опоке.
Верхняя и нижняя опоки центрируются при помощи контрольных
штырей 5.
Ручная формовка. К основным видам ручной формовки отно-
сятся следующие: формовка в опоках, в почве и формовка по
158
шаблону. Наиболее распространенным видом является формовка
в опоках по неразъемной и разъемной моделям. Все эти разно-
видности формовки в практике требуют применения особых при-
емов. Однако большинство из этих разновидностей повторяет
общие приемы формовки.
Формовка в опоках и по неразъемной модели. С операциями
формовки и последовательностью их выполнения познакомимся
на примере формовки модели крышки подшипника (рис. 92)«
Формовка в двух опоках модели крышки подшипника произво-
дится следующим образом. Модель устанавливают на подмодель-
ную доску — щиток. Затем устанаакчивают .нижнюю опоку, мо-
дель питателя и модель для образования канала к выпору и на-
сеивают слой облицовочной смеси. В опоку засыпают наполни-
тельную смесь и уплотняют ее. Уплотнение формовочной смеси
в опоке производят вначале острым коптом трамбовки, а затем
ее плоским концом. Затем линейкой удаляют с опоки избыток
формовочной смеси. В форме накалывают иглой (душником)
вентиляционные каналы для выхода из формы образовавшихся
во время заливки газов. Опоку перевертывают и плоскость разъ-
ема заглаживают гладилкой. Затем плоскость разъема посыпают
слоем сухого кварцевого песка, чтобы отделить формовочную
смесь верхней и нижней опок. Затем с модели удаляют излишек
кварцевого песка.
Устанавливают верхнюю опоку, а также модель шлакоулови-
теля, стояка и выпора и насеивают облицовочную смесь. Выпор
служит для отвода из формы образовавшихся во время заливки
газов, а также шлака, попавшего в форму с металлом. Приемы
изготовления верхней полуформы аналогичны приемам изготов-
ления нижней полуформы. В верхней полуформе вырезают литни-
ковую чашу. Затем снимают верхнюю опоку с нижней. Из ниж-
ней опоки после предварительного смачивания краев формы
удаляют модель отливки и модели питателя и канала к выпору;
если требуется, производится исправление поврежденных мест
формы при помощи соответствующего инструмента. После этого
нижнюю половину формы накрывают верхней. Чтобы во время
заливки верхнюю полуформу не приподняло относительно нижней,
на литейную форму кладут груз или полуформы скрепляют. На
рис. 92 показана также отливка крышки подшипника вместе с
литниковой системой.
Формовка в опоках по разъемной модели со стержнем. На
рис. 93 даны схемы операции изготовления литейной формы в опо-
ках по разъемной модели. Изготовление литейной формы этой
разновидности состоит в следующем. Одну из половин модели
(половина с углублениями для центрирования модели) пло-
159
Модель
Рис. 92. Последовательность операций изготовления литейной формы в опоках по неразъемной модели
скостью разъема устанавливают на подопечный щиток (рис. 93, 1).
Последующие операции по изготовлению нижней полуформы
аналогичны операциям 2—8 (см. рис. 92). Перед изготовлением
Рис. 93. Последовательность операций изготовления литейной формы в
опоках по разъемной модели со стержнем
верхней полуформы устанавливают
вторую половину модели (рис. 93,3) .
Отливка . тройника имеет внутрен-
нюю полость, поэтому при формовке
в нижнюю изготовленную полуфор-
му проставляют стержень (рис.
93, 5), затем форму собирают
(рис/93, 6).
Формовка в почве. Почвенная
формовка по неразъемной модели
показана на рис. 94. Полость фор-
мы, как видно из схемы, полностью
образуется в почве. После формов-
ки модели в почве, не удаляя ее,
устанавливают опоку 1 и набивают
формовочной смесью; вырезают в
ней литниковую чашу 2. Затем опо-
ку снимают с формы и удаляют мо-
дель. Чтобы при сборке формы опо-
6—1468
Рис. 94. Почвенная формовка
по неразъемной модели:
1 — опока; 2 — литниковая чаша;
3 — колышки
161
Рис. 95. Пневматическая встряхивающая
формовочная машина
ка снова правильно стала на место, по углам ее забивают ко-
лышки 3.
Машинная формовка. Машинная формовка применяется
преимущественно для массового и серийного литья. Этот способ
изготовления литейных форм уменьшает трудоемкость работ, по-
зволяет за счет применения различных приспособлений увеличить
производительность; отливки, полученные заливкой в формы, из-
готовленные на машинах, более точны по размерам и качествен-
нее, чем при ручной формовке.
При машинном
изготовлении литей-
ных форм механизи-
руют две операции:
уплотнение смеси в
опоке и извлечение
модели из формы.
По способу уп-
лотнения формовоч-
ной смеси в опоке
машины могут быть
встряхивающие, в
которых уплотнение
формовочной смеси
производится за счет
встряхивания; прес-
совые — уплотнение
формовочной смеси
производится за счет
прессования; встря-
хивающие с подпрес-
совкой; пескометы
и др.
Наибольшее рас-
пространение для
изготовления литей-
ных форм нашли
встряхивающие ма-
шины с подпрессов-
кой.
формовочная машина.
Она состоит из встряхивающего прессового стола 1, на который
устанавливается опока; траверсы 2, обеспечивающей уплотнение
формовочной смеси в опоке; механизма для поворачивания фор-
мы <3.
Пескометы. В литейных массового и индивидуального
производства для набивки форм применяют пескометы. Основной
рабочей частью пескомета является метательная головка
(рис. 96), представляющая собой металлический кожух 1 с бы-
162
На рис. 95 показана встряхивающая
стро вращающимся (1400—1500 об/мин) внутри валом и укреп-
ленной на нем лопаткой 2. В кожух транспортером 3 подается
формовочная смесь, которую захватывает лопатка 2 и выбрасы-
вает через отверстие 4 в опоку. Вследствие большой скорости
формовочная смесь при падении ее на модель уплотняется, одно-
временно наполняя опоку.
В литейном производстве на ряде участков начинают внед-
ряться различные автоматические установки и машины. Созданы
автоматическая многопозиционная прессовая формовочная ма-
шина для формовки автомобильных колец, автоматические сме-
шивающие бегуны периода
Рис. 96. Схема головки пескомета
ческого действия для приго-.
товления формовочных и
стержневых смесей и другие
установки и машины.
Литниковая система.
Жидкий металл поступает в
литейную форму по каналам,
называемым литниковой си-
стемой. В нормальную лит-
никовую систему (см. рис.
89, д) обычно входят следу-
ющие элементы: литниковая
чаша 1 или воронка (см.
рис. 89, е), служащая метал-
лоприемником, в которую
поступает металл из разли-
вочного ковша; стояк 2,
представляющий собой вер-
тикальный канал, примыка-
ющий вверху к литниковой
чаше, а внизу к шлакоуло-
вителю; шлакоуловитель 3,
горизонтальный канал трапе-
цеидального сечения, устра-
иваемый в форме для задержания шлака и распределения ме-
талла по питателям; питатели-каналы 4, по которым металл по-
ступает в полость формы; количество и расположение их зависят
от конфигурации и размеров отливки.
Изготовление стержней. Для образования отверстий и углуб-
лений в отливках применяют стержни. Стержни изготовляют
двумя способами — ручным и машинным. При ручном способе
стержни изготовляют или в стержневых ящиках или по шаблону;
при машинном — только в стержневых ящиках. В производстве
преобладает изготовление стержней в ящиках неразъемных (вы-
тряхных) и разъемных, состоящих из двух и более частей.
Последовательность операций изготовления стержней вручную
по разъемному стержневому ящику видна из рис. 97.
6*
163
Стержень изготовляется отдельно по половинкам, затем склеи-
вается. Такая последовательность его изготовления облегчает
уплотнение стержневой смеси в ящике. Внутрь стержня
(рис. 97, 2) для прочности вставляют металлическую проволоку
(каркас), а для выхода газа прорезают канал. Стержень в сыром
Сушильная плита
Каркас 2
Рис. 97. Последовательность операций изготовления стержня по разъемному
стержневому ящику:
1— ящик подготовляется к набивке (очистка от пыли, протирка); 2 — стержневая смесь
засыпается в ящик и уплотняется в нем; устанавливается в каркас и прорезается вен-
тиляционный канал; 3 — стержневой ящик спаривается по плоскости разъема; 4 — сни-
мается одна половина стержневого ящика; поверхность стержня посыпается сухим
кварцевым песком и устанавливается рамка; 5—в рамку засыпается формовочная земля
и накладывается сушильная плита; 6 — стержень вместе .с ящиком, рамкой н плитой
поворачивается на 180° и освобождается от приспособлений (ящик, рамки)
164
виде непрочен; если при удалении его из ящика не принять
соответствующих мер, он может изменить форму или совсем раз-
рушиться.
Чтобы стержень не разрушился, его кладут на слой горелой
формовочной земли (земляная постель) и в таком же виде су-
шат (рис. 97, 6). В массовом производстве для этих целей при-
меняют специальные металлические сушильные плиты.
Как правило, стержни в форму устанавливают в сухом виде;
с^шат их в сушилах.
После сушки стержни становятся твердыми, обладая нужной
прочностью. Температура сушки стержней изменяется в пределах
160—250° и зависит от вида крепителя. Продолжительность суш-
ки стержней зависит от их размера (толщины) и обычно уста-
навливается из расчета 1 час иа толщину стержня 20—25 мм.
В литейных для изготовления стержней применяют стержневые
машины, прессовые, встряхивающие, пескодувные и пескометы.
Пескодувные машины применяют в массовом производстве
стержней в специальных металлических стержневых ящиках. Пе-
скометы применяют для изготовления крупных стержней.
§ 32. ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ И ПЛАВКА В НИХ. ЗАЛИВКА ФОРМ,
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА литья
Плавильные печи. Для выплавки металлов и сплавов в ли-
тейных цехах применяют различные печи. Наиболее распростра-
ненными печами для плавки чугуна является вагранка (рис. 98),
а для плавки цветных сплавов — тигельная печь (рис. 99, а);
для плавки стали служат мартеновские печи небольшой емкости
и дуговые плавильные электропечи (рис. 99, б).
Для выплавки медных сплавов в литейных цехах широко при-
меняется дуговая электрическая печь с двумя горизонтально рас-
положенными электродами (рис. 99, б).
Вагранка по сравнению с другими печами имеет ряд преиму-
ществ: она проста по конструкции и в обслуживании, экономична
по расходу топлива и обладает высокой производительностью.
Шихтовые материалы для выплавки серого чугуна в вагран-
ках. При плавке в вагранке основными шихтовыми материа-
лами являются металл (металлическая шихта), топливо и флюсы.
Металлическая ш и х т а. Основу металлической шихты
в вагранке (около 50% по весу всего загружаемого металла) при
выплавке обычного серого чугуна составляет доменный чушко-
вый литейный чугун различных марок. Остальную часть занимает
литейный возврат (литник и бракованные отливки), чугунный и
стальной лом.
Топливо. Лучшим топливом для выплавки чугуна в ва-
гранке является кокс, который специальной переработкой полу-
чают из каменных углей. Расход топлива (кокса) в вагранке
составляет 10—14% от веса выплавляемого металла.
165
Флюсы. В качестве флюсов применяют главным образом
известняк. Негорючая ча-оть топлива — зола, а также песок,
который попал в вагранку вместе с шихтовыми материалами, во
время плавки с флюсами образуют шлак. Флюсы снижают темпе-
ратуру плавления примесей шихты (золы и др.), разжижают их,
что способствует лучшему отделению их от жидкого металла.
Расход флюсов составляет 20—35% от топлива, загружаемого
Рис. 98. Вагранка
в шихту.
Устройство ва-
гранки и плавка в
ней. Вагранка (рис.
98) представляет со-
бой шахтную печь,
выложенную внутри
слоем шамотного
кирпича 3. Сна-
ружи вагранка имеет
сварной или клепа-
ный железный ко-
жух. Шахта вагран-
ки устанавливается
на колонны 7. Сни-
зу шахта закрывает-
ся днищем 9, на
котором из горелой
формовочной смеси
набивается под—ле-
щадь 8. Через окно
1 в вагранку произ-
водится загрузка
шихтовых матери-
алов. Воздух для
горения подается
внутрь вагранки че-
рез трубы-фурмы 10.
Назначение копиль-
ника 5—накапливать
большие порции жид-
кого металла, если
требуется отлить крупные отливки; копильник также дает воз-
можность получить более равномерный чугун по химическому со-
ставу. Производительность вагранки зависит главным образом
от ее внутреннего диаметра. Практически внутренний диаметр
вагранок составляет 500—2000 мм; производительность их в пре-
делах 2,5—25 т/час.
Перед плавкой вагранку ремонтируют и сушат, для чего на
поду 8 сжигают порцию дров.
Шихтовые материалы в вагранку загружают в определенной
166
последовательности порциями—колошами. Вначале загружают
порцию кокса, которую называют холостой колошей. Затем за-
гружают порцию флюсов, порцию металла 2 и топлива 4 (рабо-
чая топливная колоша). В такой последовательности ведется за-
грузка ДО' уровня загрузочного окна 1. Металл плавится в верх-
ней зоне холостой колоши, откуда стекает через раскаленный
кокс холостой колоши на под вагранки, затем в копильник. По
Рис. 99. Плавильные печи:
а — стационарный тигельный горн: 1 — крышка горна; 2 — колосники; 3 — графитовый тигель;
4 — дымоход; б — дуговая электропечь для плавки медных сплавов: 1 — рабочее пространство;
2 — электроды; 3 — ролики; 4 — привод качания; в — электропечь сопротивления для плавки
алюминиевых сплавов: 1 — ванна; 2 — камеры плавления; 3 — нагревательные элементы
мере накопления его периодически выпускают через летку (отвер-
стие) по желобу 6 в ковши.
Продукты горения поднимаются вверх по шихте, частично
отдают свое тепло опускающейся шихте и уходят в трубу.
Вагранка работает 15—20 час., затем завалку колош прекра-
щают, дают проплавиться тем колошам, которые были загружены,
и после этого производят выбивку вагранки, для чего открывают
днище 9.
После выбивки вагранке дают охладиться, затем производят
167
ремонт, закрывают днище, набивают новую подину и приступают
к новой плавке.
Заливка форм. Из вагранки или копильника чугун выпу-
скается в разливочные ковши, а из них производится заливка
литейных форм. При заливке формы необходимо следить за
тем, чтобы вместе с жидким металлом в форму не попал шлак.
Температура чугуна при заливке устанавливается в зависимости
от характеристики отливки (веса, толщины стенки, размеров)
и для обычных машиностроительных отливок изменяется в пре-
делах 1310—1380°.
Рис. 100. Ковши для разливки чугуна;
а — ковш-ложка емкостью 15—20 кг; б — ковш на носилках емкостью
50—80 кг; в ~ ковш с приспособлением для подъема и опускания с за-
щитной крышкой
Ковш имеет металлический кожух, обмазанный внутри огне-
упорной глиной (мелкие ковши) или выложенный огнеупорным
кирпичом (крупные ковши). Перед заливкой ковши хорошо про-
сушивают. Емкость ковшей зависит от веса заливаемых деталей
и изменяется от 20 кг до нескольких десятков тонн.
На рис. 100 показаны ковши различных типов, применяемые
в литейных цехах в зависимости от степени механизации зали-
вочного участка.
Выбивка и очистка литья. После заливки литейных форм от-
ливкам в них дают достаточно охладиться, затем их выбивают,
а формы разрушают.
Выбивка отлиьок из форм и удаление стержней — трудоем-
ка
кие и тяжелые операции вследствие выделения большого коли-
чества тепла и пыли. Поэтому такие операции стараются меха-
низировать или автоматизировать', применяя для этих целей
специальное оборудование. Для выбивки форм применяют
вибрационные коромысла, вибрационные механические решетки
разных конструкций. На вибрационных решетках под дей-
ствием вибраций формовочная смесь и отливка из опоки выби-
ваются. Выбитая земля проваливается через решетку, а отливка
и пустая опока остаются на решетке, откуда затем убираются.
Некоторые из таких установок полностью автоматизированы.
В небольших литейных выбивка форм производится вручную.
Стержни из отливок удаляются на вибрационных машинах
или при помощи вымывания струей воды. Вымывание стержней
(гидравлическая выбивка стержней) осуществляется в специаль-
ных камерах струей воды сечением от 10 до 25 мм при давлении
25—100 ат.
Литники и выпоры у чугунных отливок удаляют ударами мо-
лотка при выбивке форм, у отливок из стали и цветных метал-
лов — отрезкой на ленточных и дисковых пилах. Для отрезки
литников и прибылей у стальных отливок широко применяется
газовая резка.
Отливки после выбивки и удаления из них стержней подвер-
гают очистке от приставшей и пригоревшей земли и зачистке от
заливов и неровностей. Очистку поверхностей отливок от пристав-
шей и пригоревшей земли производят в барабане (мелкое литье),
в пескоструйных и дробеструйных установках (среднее и круп-
ное литье). При использовании барабана очистка отливок проис-
ходит от соприкосновения отливок между собой при вращении
барабана.
В пескоструйных и дробеструйных установках очистка произ-
водится струей песка или дроби, поступающей под давлением.
Для обработки крупных отливок сложной конфигурации
в последнее время стали применять песко-гидравлические уста-
новки (струя воды с песком), в которых производится удаление
стержней из отливок и очистка их поверхности. Заливы, заусенцы
и другие неровности на отливках удаляют при помощи наждач-
ных кругов или срубают ручными и пневматическими зубилами.
Отливки, прошедшие очистку и обрубку, подвергают контролю.
§ 33. БРАК ЛИТЬЯ И ЕГО ПРИЧИНЫ
Отливки, не соответствующие техническим условиям по внеш-
нему виду, размерам, весу, прочности, составу сплава, представ-
ляют брак. ГОСТ для чугунного литья определяет 22 вида бра-
ка. Основными из них являются: газовые раковины, трещины, не-
долив, спай, усадочные, шлаковые, земляные раковины, перекос
и разностенность.
Газовые раковины — это пустоты (газовые пузыри)
различной формы. Газовые раковины отличаются от других ви-
169
дов раковины тем, что имеют гладкую форму, чаще всего распо-
лагаются на небольшой глубине от поверхности отливки и обна-
руживаются при механической обработке.
Возможные причины образования газовых раковин: формовоч-
ная смесь имеет недостаточную газопроницаемость или чрезмерно
увлажнена; формовочная смесь сильно уплотнена или из формы
и стержня не обеспечен отвод газов. Причиной образования газо-
вых раковин также может быть неправильное устройство литни-
ковой системы и др.
Трещины могут быть горячего и холодного происхождения.
Горячие трещины в отливке получаются при повышенной темпе-
ратуре вследствие повышенной усадки и красноломкости сплава
и неправильной конструкции отливки. Холодные трещины могут
быть от механического повреждения отливки при выбивке форм
и стержней, а также при транспортировании их или в результате
усадки металла.
Недолив — часть отливки, не заполненная металлом. Этот
вид брака возможен при недостаточной температуре металла при
заливке или при недостатке металла в разливочном ковше.
Спай — сквозные или поверхностные с закругленными края-
ми потоки неслившегося металла. Причины образования этого
вида брака те же, что и при недоливе.
Усадочные раковины — это пустоты, открытые или за-
крытые; в отличие от газовых раковин имеют шероховатую по-
верхность. Образуются в тех местах отливок, в которых металл
затвердевает в последнюю очередь, т. е. в местах скопления ме-
талла (в толстых частях).
Шлаковые раковины — включения шлака в тело- от-
ливки. Причины такого брака: металл не очищен от шлака
в ковше, неправильная конструкция литниковой системы.
Земляные раковины — включения кусочков формовоч-
ной земли в тело отливки. Получается этот вид брака от недо-
статочной прочности формовочной смеси, слабой набивки и не-
брежной отделки формы.
Перекос и р а з н о с т е н н о с т ь — отклонение в разме-
рах толщины стенок отливок или искажение их контура вслед-
ствие смешения по плоскости разъема формы одной части от-
ливки относительно другой.
Обычно эти виды брака получаются в результате неправиль-
ного центрирования опок, а также вследствие несовпадения зна-
ков на модели и в стержневых ящиках.
Исправление бракованного литья. Отдельные виды брака
(раковины, недоливы и др.) могут быть исправлены наваркой
или наплавкой жидкого металла. На отливках, испытывающих
при работе большую нагрузку, дефекты исправляют при по-
мощи газовой или электродуговой сварки, применяя для этих
целей электроды из разнообразных материалов (чугун, сталь
и др.).
170
Для устранения наружных раковин, нс
ность литых изделий, применяют мастику
влияющих на проч-
различных составов.
§ 34. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ
Литье в металлические формы (кокильное литье). Литейная
форма, изготовленная из формовочной смеси, служит для за-
ливки один раз и при освобождении из нее отливок разру-
шается.
Применение для заливки металлических форм позволяет
производить заливку в них многократно. Этот процесс в совре-
менных литейных широко применяется д^тя цветных сплавов,
а также для отливки деталей из чугуна и стали. В металличе-
скую форму (рис. 101), имеющую внутреннюю полость, отвечаю-
Рис. 101. Металлическая форма для литья алюми-
ниевых сплавов:
1 — неподвижная половина формы; 2 *— подвижная половина
формы; 3 — плита формы; 4 — отливка с литниковой
системой
щую очертаниям отливки, заливают жидкий сплав, где он за-
твердевает. Когда сплав в форме затвердел, ее открывают и из
нее выбивают отливку. Затем форме дают несколько охладиться,
снова собирают и повторяют заливку. Форма может быть из
одной части (для более простых отливок), двух и более частей.
Изготовляют ее из стали или чугуна-
Для увеличения стойкости металлических форм в процессе
работы их облицовывают специальными огнеупорными обли-
цовками или красками.
В отличие от литья в песчаные формы процесс литья в ме-
таллические формы легче поддается механизации, снижает рас-
ход металлов на изделие. При литье в металлические формы
отпадает необходимость в применении формовочной смеси; от-
ливки по размерам получаются более точными.
Центробежное литье. Способ центробежной отливки заклю-
чается в том, что металл заливается в быстро вращающуюся
металлическую форму, изложницу, под действием центробежных
171
сил прижимается к ее стенкам и, затвердевая, принимает ци-
линдрическую форму.
Способ центробежного литья наибольшее распространение на-
ходит для отливки труб и втулок.
Ось вращения изложницы может быть вертикальной или го-
ризонтальной (рис. 102).
При вращении изложницы вокруг горизонтальной оси сплав
в нее поступает сбоку через желоб (рис. 10'2, б), в изложницы
с вертикальной осью вращения — сверху, непосредственно в из-
ложницу (рис. 102, а).
Рис. 102 Формы для центробежного литья:
а — форма с вертикальной осью вращения; б — форма с горизонтальной осью вращения:
1 — планшайба; 2 — вал; 3 — форма; 4 — крышка формы; 5 — отливка; 6 — желоб
Литье под давлением. Способ литья под давлением заклю-
чается в том, что расплавленный металл заполняет металличе-
скую форму под принудительным давлением. Создаваемым дав-
лением на жидкий металл обеспечивается хорошая заполняе-
мость формы. Этим методом можно получить отливки с тонкими
стенками и отверстиями диаметром до 1 мм. Детали, отлитые
под давлением, получаются настолько точными, что в большин-
стве случаев не требуют последующей механической обработки.
Применяется этот способ в массовом производстве для деталей
из сплавов цветных металлов.
Для создания давления, под которым металл подают в форму,
применяют различные специальные машины, которые могут быть
разделены на два основных типа: машины компрессорного дей-
ствия, в которых давление на металл создается сжатым возду-
хом, и машины поршневого действия, в которых давление на
металл создается поршнем.
На рис. 103 дана схема поршневой машины литья под давле-
нием в трех положениях. Металл, расплавленный вне машины,
172
заливают в камеру давления (рис. 103, с).После этого на металл
давит поршень 2. Под действием давления опускается вниз пор-
шень 4, и металл через отверстия в стенке цилиндра и литни-
ковый канал выпрессовывается в пресс-форму 3 (рис. 103, а и б).
При обратном подъеме поршень 4 выталкивает остаток металла
(рис. 103, в). После удаления отливки пресс-форма закрывается,
и цикл повторяется.
Рис. ЮЗ. Схема поршневой машины для литья под давлением:
а — положение при заливке металла в камеру давления; б—положение при
давлении иа металл; а — положение при удалении отливки: / — камера давле-
ния; 2 — верхний поршень; 5 —форма; 4 — нижний поршень; 5 — остаток
металла; 6—отливка
Рис.
104. Схема литой-
ном формы:
1 — восковые модели; 2 —
.’шишковый стояк; 3— фор-
мовочный материал;
4 — опока
Литье по выплавляемым моделям (точное литье). Способ
литья по выплавляемым моделям основан на применении моде-
лей из омеги легкоплавких материалов (трафин, воск, и др.).
Для получения отливок по этому методу применяют весьма
точные по размерам пресс-формы, в которых отливают под
давлением восковые модели будущих отливок; из мелких моде-
лей составляют блок, соединяя их об-
щей литниковой системой, изготовлен-
ной из тех же материалов. Затем блок
модели облицовывают слоем краски и
заформовывают, применяя для этих
целей особые формовочные смеси. По-
лученную форму ставят в сушильный
шкаф, где восковые модели и литнико-
вая система при нагреве выплавляют-
ся. Далее форму прокаливают при тем-
пературе 800—850° и производят за-
ливку.
На рис. 104 дана схема литейной
формы, изготовленной по восковым
моделям.
173
Литье в оболочковые формы. Литейная форма в этом про-
цессе изготовляется по металлической модели из формовочной
смеси, состоящей из кварцевого песка и искусственной смолы
(4—6%). В отличие от обычной песчаной литейной формы обо-
лочковая форма имеет сравнительно небольшую толщину
°)
Рис. 105. Схема получения оболочковой формы:
7 — буи кер; 2 — модель; 3 — оболочка; 4 — отжигательная печь}
5 — металлический ящик
г(8—12 лш). Сущность процесса изготовления оболочковой формы
состоит в следующем (рис. 105). На подогретую до 175—200°
модельную плиту 2 в особом приспособлении — формовочном
бункере 1 насыпают формовочную смесь и выдерживают некото-
рое время (рис. 105, а). Слой формовочной смеси 3, прилегающий
к модельной плите, сплавляется благодаря наличию в смеси
смолы и образует корочку (оболочку) толщиной 8—12 мм; лиш-
няя смесь, в которой не произошло сплавления, сбрасывается
(рис. 105, б).
Модельная плита 2 с образовавшейся на ней оболочкой 3
помещается в печь 4, где в течение некоторого времени выдер-
живается при 200—300° (рис. 105, в). Под действием такой
температуры оболочка становится прочной, ее снимают с плиты
174
и передают на сборку (рис. 105, г). Литейная форма, как пра-
вило, состоит из двух оболочек 3, которые при сборке скрепляют
и для заливки устанавливают в ящик 5 (рис. 105, д). Перед за-
ливкой, чтобы предохранить оболочковую форму от разрушения,
свободное пространство в ящике засыпают землей или другими
материалами.
Литьем в оболочковые формы производят отливки цветных
сплавов, чугуна и стали.
Глава IX
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
§ 35. СУЩНОСТЬ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Обработка металлов давлением наряду с литейным производ-
ством и обработкой на металлорежущих станках является
одним из основных способов производства деталей машин и дру-
гих металлических изделий.
При обработке давлением заготовка изменяет форму, сохра-
няя прежний объем. Обработка металлов резанием является
полной противоположностью обработке давлением, так как при
резании требуемая форма детали получается за счет удаления
части металла заготовки в стружку.
Обработка металлов давлением связана с деформацией, т. е.
с изменением первоначальной формы и размеров исходной за-
готовки под воздействием внешних сил (удар молота или уси-
лие пресса). Эта деформация осуществляется при нагрузках,
превышающих предел упругости. Она основана на использова-
нии пластических свойств металлов.
Способность большинства металлов и сплавов подвергаться
пластической деформации обусловливает возможность широкого
применения обработки их давлением, в силу чего значение этого
вида обработки в промышленности непрерывно возрастает.
Обработка давлением характеризуется высокой производи-
тельностью, дает возможность получать значительное количест-
во деталей, не требующих дальнейшей обработки, сокращает
отход металла, все больше вытесняет обработку снятием
стружки.
Сущность обработки металлов давлением не ограничивается
получением металлических изделий заданной формы и размеров.
В процессе пластической деформации изменяется структура ме-
талла, а при правильно осуществляемой технологии обработки
давлением повышаются механические свойства металла, а равно
меняются и его физические свойства. Однако не все металлы
обладают способностью изменять форму под воздействием
внешних сил. Металлы, способные подвергаться обработке дав-
лением, обладают ковкостью, которая характеризуется
высокой пластичностью и малой прочностью.
175
Сталь обрабатывается давлением главным образом при на-
греве до температуры, при которой она обладает достаточной
пластичностью и невысокой 'прочностью. Нагрев выше этой тем-
пературы может привести к перегреву, а затем и пережогу.
Перегрев характеризуется крупнозернистым строением и
пониженной пластичностью металла (при условии длительной
выдержки перегрев возможен и при температуре обработки
давлением).
Перегрев углеродистой стали исправляют термической обра-
боткой. Перегретые легированные стали почти не поддаются
исправлению, поэтому следует избегать их перегрева.
За перегревом наступает пережог (при температурах, близ-
ких к температуре начала плавления), выражающийся в появ-
лении хрупкой пленки в стали между зернами металла вслед-
ствие окисления их границ.
При пережоге происходит полная потеря пластичности.
Пережженный металл представляет собой неисправимый брак и
годен только иа переплавку.
Температура нагрева для обработки давлением углеродистой
стали зависит от содержания в ней углерода (см. табл. 26).
Кроме стали, давлением обрабатываются алюминиевые спла-
вы, магниевые, медные сплавы и др.
Серый чугун ввиду большого содержания в нем углерода в
холодном состоянии хрупок; при нагреве предел прочности у него
падает и пластичность не увеличивается-—это указывает на от-
сутствие у чугуна ковкости.
Способность металлов и сплавов изменять форму под давле-
нием зависит не только от температуры при обработке, но также
и от их химического состава и структуры. Например, на обработ-
ку стали давлением отрицательно влияют содержащиеся в ней
примеси углерода, кремния, фосфора, серы и легирующие элемен-
ты: чем больше этих примесей в стали, тем меньшей пластич-
ностью она обладает.
Сталь с большим содержанием углерода обладает большей
сопротивляемостью деформированию. Так, сталь марки 15 при
1200° имеет предел прочности 1,9 кг/лш2, а сталь марки 55 при
той же температуре—3,6 кг/жлг2 (см. табл. 27).
При обработке металлов давлением имеют место потери ме-
талла, являющиеся результатом несовершенства применяемых
технологических процессов; потери на угар за один нагрев для
слитков составляют 1,5—2%, при нагреве сортового проката
3—4% от веса нагреваемого металла.
Кроме потерь на угар, имеются еще отходы при обрубке
полуфабриката. Совершенствуя технологию обработки, можно
свести потери металла к минимуму. При широком использовании
современных методов обработки давлением снижается расход
металла, сокращается время на обработку поковок резанием,
повышается производительность труда.
176
При обработке металла давлением на исходную заготовку
действует механическая сила, изменяющая форму заготовки, раз-
дробляющая зерна, упрочняющая металл.
Пластическая деформация вызывает сдвиги одной части зерна
относительно другой. Плоскость сдвига становится более проч-
ной, чем остальная часть кристалла. Сдвиги повышают способ-
ность металла сопротивляться пластическим деформациям, металл
получает так называемое упрочнение, или наклеп. Дальнейшая
деформация возможна при еще большем механическом воздей-
ствии на металл.
Чем больше образуется сдвигов, т. е. чем больше была плас-
тическая деформация, тем более высокое сопротивление будет
оказывать металл. Дальнейшее деформирование металла может
привести к его разрушению.
При механическом воздействии на металл выделяется боль-
шое количество тепла, которое уменьшает сопротивление метал-
ла деформации.
Различают горячую, неполную горячую и холодную обработку
давлением.
Горячая обработка давлением применяется как
для переработки исходного .питого материала в виде слитков, так
и для последующей обработки полученных полуфабрикатов.
Горячую обработку стали давлением осуществляют при тем-
пературах, лежащих выше линии GSK, т, е. когда сталь имеет
аустенитовую структуру (доэвтектоидная) или аустенит плюс
цементит (заэвтектоидная), как это видно из диаграммы состоя-
ния железоуглеродистых сплавов (см. § 11). При обработке стали
давлением изменяется ее первоначальное строение: кристаллы вы-
тягиваются, раздробляются и ориентируются в направлении
течения металла; создается ярко выраженная волокнистая струк-
тура, обусловливающая неоднородность структуры поковок и
проката. Сталь после горячей обработки получает направлен-
ность механических качеств:-в продольном направлении они луч-
ше, в поперечном хуже. Например, вырезанные из одного прутка
стальные образцы, взятые вдоль оси проката, показали удельную
ударную вязкость 13,5 кгм)см2, а взятые поперек оси прутка —
1,3 кгм!см?.
Неполная горячая обработка давлением осу-
ществляется при температурах, лежащих ниже линии GSK, при
которой одновременно с процессом упрочнения протекает непол-
ностью процесс рекристаллизации (разупрочняющий процесс).
Неполная горячая обработка ведет к получению неоднородной
структуры и снижению механических качеств, поэтому является
нежелательной.
Холодная обработка давлением. Для холодной
обработки давлением применяют, как правило, металл в виде
заготовок, прошедших предварительную горячую обработку дав-
лением.
177
Холодная деформация повышает предел текучести, предел
прочности и твердость, одновременно снижая относительное удли-
нение, поперечное сужение и ударное сопротивление.
Холодная обработка стали производится при температурах
ниже 500°.
Структуру и свойства металлов, полученные при холодной об-
работке давлением можно изменить термической обработкой.
Основными видами обработки металлов давлением являются:
1) прокатка, 2) волочение, 3) свободная ковка, 4) прессование и
5) штамповка.
Обработке давлением подвергаются как целые стальные
слитки, остывшие ® изложницах, так и прокатные прутки разных
профилей. По существующему сортаменту стальные слитки имеют
вес оч 500 кг до 350 т.
После удаления отходов (прибыль и донная часть) крупные
слитки поступают на ковку крупных поковок для деталей тяже-
лого машиностроения, а менее крупные (до 20 т) —в прокатное
производство.
§ 36. НАГРЕВ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Нагрев. Нагревом достигается наилучшая ковкость металлов
и сплавов.
Температурные интервалы ковки стали в зависимости от ее
химического состава даны в табл. 26.
Таблица 26
Вид стали Характеристика Температура в °C
начала ковки- штамповки конца ковки- штамповки
Углеродистая до 0,3 о/о С 0,3—0,5°/о . 0,5—О,9°/о , 0,9-1,5о/0 „ 1250—1200 1200-1150 1150—1050 1050—1000 850—900 820-850 800—820 800
Легированная Низколегированная Среднелегированная Высоколегированная 1100 1100-1150 1150 825-850 850-875 875 - 900
Низколегированной сталью называется сталь, в которой
суммарное содержание легирующих компонентов составляет ме-
нее 2,5% (кроме углерода).
Среднелегированной сталью называется сталь, в которой
суммарное содержание легирующих компонентов составляет от
2,5 до 10% (кроме углерода).
178
Высоколегированной сталью называется сталь, в которой
суммарное содержание легирующих компонентов составляет
более 10% (кроме углерода).
Предел прочности стали при различных температурах указан
в табл. 27.
Таблица 27
Предел прочности стали в кг/мм? при различной температуре
Марка стали Температура в °C
20 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
15 40 15 9,5 6,6 4,5 3 2,2 1.9 1,4
35 60 24 15 Н,1 7,5 5,4 3,6 2,2 2
55 80 38 25 16,5 11,1 7,5 5,1 3.6 2,4
Из приведе иных таблг щ вщ [НО, ч ТО п ш те мпературе КОВКИ
высокая пластичность сочетается с малой сопротивляемостью
деформированию. Выше температуры начала обработки давлени-
ем имеет место перегрев, а за перегревом — .пережог. Таким
образом, температура нагрева металла под обработку давлением
должна быть ниже температуры пережога и даже перегрева.
При нагревании стали в пламенных печах происходит окис-
ление железа на поверхности, т. е. на заготовках появляется ока-
лина, представляющая собой химическое соединение железа с
кислородом (темно-серого цвета); окалина хрупка и легко осы-
пается.
Нагрев должен обеспечить получение требуемой температуры
заготовки при максимальной равномерности прогрева по сечению
и длине заготовки, сохранение целостности металла, обезуглеро-
живание поверхностного слоя и минимальные потери металла на
угар.
Время нагрева стали до начальной температуры обработки
зависит в основном от химического состава, температуры рабо-
чего пространства печи, способа укладки заготовок на поду печи
и средней толщины заготовок. Разница между температурой ра-
бочего пространства печи и требуемой температурой нагрева
носит название конечного температурного напора. Величина его
обычно составляет 100—150°.
Исследования показали, что одиночная круглая заготовка
нагревается в два раза быстрее, чем такие же заготовки, лежа-
щие вплотную друг к другу.
Чем выше температура рабочего пространства печи, тем мень-
ше продолжительность нагрева заготовки, однако при нагреве
крупных заготовок, особенно из легированных сталей темпера-
тура печи при посадке должна быть значительно ниже темпера-
туры ковки. Например, для больших слитков из стали, весом
179
около 60 т температура печи при посадке должна быть не бо-
лее 200°.
При быстром нагреве крупных заготовок в них возникают
внутренние напряжения, вызывающие мелкие трещины. В мелких
заготовках из конструкционной стали диаметром до 150 мм на-
рушения целостности металла в результате быстрого нагрева
практически не наблюдается. Такие заготовки можно закладывать
Б печь, имеющую температуру рабочего пространства на 100—150°
выше конечной температуры нагрева металла.
Нагревательные устройства. Нагревательные устройства, в
которых осуществляется нагрев заготовок для обработки дав-
лением, разделяются на нагревательные печи и электронагре-
вательные устройства.
Печи делятся на пламени ы е, в которых тепло получается
за счет сжигания топлива, и электрические, где источни-
ком нагрева является электроэнергия. Горны относятся к кате-
гории пламенных печей, в которых нагреваемый металл сопри-
касается с топливом (рис. 106, а).
В пламенных печах металл нагревается за счет тепла, нахо-
дящегося в пространстве печи. Печи могут работать на твердом,
жидком и газообразном топливе. Наиболее совершенными
являются печи, работающие на газообразном и жидком топливе.
Но характеру распределения температур в рабочем простран-
стве печи делятся на две группы: камерные (рис. 106, б) с оди-
наковой температурой по всему рабочему пространству и методи-
ческие (рис. 106, в), в которых температура повышается в на-
правлении от места загрузки заготовок к месту их выдачи.
Пламенные печи имеют пока наибольшее распространение.
Основной потерей тепла в пламенных печах является потеря с
отходящими газами. Чем ниже температура газов, тем выше
к. п. д. печи и тем меньше расход топлива.
Более совершенными являются печи с использованием тепла
отходящих газов; такие печи называются рекуперативными и ре-
генеративными.
В рекуперативных печах тепло отходящих газов при помощи
рекуператоров (особых труб) используется на подогрев воздуха,
поступающего для горения (рис. 106, б).
Регенеративные нагревательные печи имеют регенераторы
(кирпичную кладку), при помощи которых за счет тепла отходя-
щих газов подогреваются воздух и газ (в газовых печах), посту-
пающие в печь. Принцип действия и конструкция регенераторов
подобны регенераторам мартеновских печей.
Электрические нагревательные печи применя-
ют чаще всего для нагрева цветных металлов и сплавов и реже
для нагрева стали, так как температурный интервал ковки, на-
пример, дюралюминия находится в пределах 380—500°, т. е. и
пределах температур, постоянство которых в пламенных печах
поддерживать значительно труднее, чем постоянство температур,
180
соответствующих интервалам ковки стали. В электрических печах
легко и с большей точностью можно поддерживать определенную
температуру и изменять ее.
Электронагревательные устройства характер-
ны тем, что тепло при нагреве возникает непосредственно в самой
заготовке. Они имеют следующие п.рсн‘мущест1ва: высокую ско-
Рис. 106. Нагревательные устройства:
а — горн; б — камерная печь с рекуператором; в — методическая печь
рость нагрева, в 'Несколько раз превышающую старость нагрева
в пламенных печах; почти полное отсутствие окалины; возмож-
ность повышения температуры начала ковки без опасения пере-
грева; удобство автоматизации подачи и выдачи заготовок, что
облегчает условия труда.
181
Индукционный э л е к т р о н а г р е в осуществляется по-
мещением заготовки в 'нагревательный индуктор, по которому
пропускается переменный ток повышенной частоты.
Известно, что при прохождении электрического тока по про-
воднику в окружающем проводник пространстве возникают не-
видимые магнитные силовые линии, образующие электромагнит-
ное поле.
Если возле проводника, по которому пропускается переменный
ток, поместить, например, стальную заготовку, то в участках
заготовки начнет повышаться температура, постепенно умень-
шающаяся по мере удаления от поверхности проводника.
Контактный электронагрев осуществляется при
зажиме заготовки в контакты и пропускании непосредственно
через нее электрического тока большой силы. Выделение тепла
происходит в результате омического сопротивления самой нагре-
ваемой заготовки.
§ 37. ПРОКАТКА И ВОЛОЧЕНИЕ
Прокатка. Сущность процесса прокатки заключается в про-
пускании металла в зазор между вращающимися в разные
стороны валками. Вследствие возникновения трения между про-
катываемым металлом и валками последние одновременно с
деформированием осуществляют подачу металла до тех пор,
пока вся заготовка не пройдет через зазор между валками
(рис. 107, а).
Рис. 107. Схема прокатки листа (а) и калибро-
ванные валки для сортового проката (бу
182
При прокатке уменьшается толщина заготовки (обжатие) при
одновременном увеличении ее длины (вытяжка) и ширины (уши-
рение). Площадь поперечного сечения заготовки при прокатке
всегда уменьшается.
Отиошеиие получаемой дли-
ны заготовки к первоначальной
называется коэффициентом вы-
тяжки и принимается в преде-
лах 1,1—1,6, а в отдельных слу-
чаях до 2,5.
Прокатке подвергается бо-
лее 75% всей выплавляемой
стали и большое количество
цветных металлов и сплавов.
Форма поперечного сечения
прокатного изделия называет-
ся его профилем. Совокуп-
ность профилей разных разме-
ров, получаемых прокаткой;
называется сортаментом.
Прокатка осуществляется
как на гладких, так и на кали-
брованных валках, т. е. на вал-
ках, имеющих ручьи определен-
ного профиля. Ручьем назы-
вается профиль (рис. 107, б)
очертания выреза на боковой
поверхности валка-, два ру-
чья — пара валков — обра-
зуют калибр.
Валки бывают: обжим-
ные — для уменьшения пло-
щади сечения заготовки, чер-
новые— для получения за-
готовки, близкой к окончатель-
ному профилю, и чистовые
(отделочные) —для получения
окончательного профиля про-
ката.
Сортамент прокатывае-
мых изделий весьма разнообра-
зен. Основные виды профилей
проката показаны на рис. 108.
Прокат делится на следую-
щие основные виды: 1) листо-
вой, 2) сортовой (профиль
простой геометрической формы
и фасонные профили), 3) тру-
183
.Рис. 109. Схема получения полой труб-
ной заготовки
Для получения бесшовных труб
бы и 4) периодический, сечение которого периодически меняется.
Листовой прокат бывает двух видов: листовая сталь толстая,
шириной от 600 до 3000 мм при толщине от 4 до 60 мм, а в осо-
бых случаях ДО' 450 мм (судовая броня и др.), и листовая сталь
тонкая при толщине менее 4 мм. К топкой листовой стали отно-
сится оцинкованная сталь, жесть белая (покрытая оловом), жесть
черная полирования, сталь декапированная (отожженная и про-
травленная) .
Разновидностью круглой стали является горячекатаная прово-
лока (катанка) диаметром 5—9 мм. Проволока диаметром мень-
ше 5 мм производится только волочением.
Горячекатаный металл часто подвергают последующей холод-
ной прокатке для улучшения
качества поверхности и по-
вышения точности размеров
(холоднокатаные листы и
лента), а также для получе-
ния таких размеров, которые
нельзя получить горячей
прокаткой (тонкие листы).
Трубы бывают бесшовные,
с наружным- диаметром от
5 до 420 мм при толщине
стенок 0,5—40 льи, и сварные
с наружным диаметром до
750 мм при толщине стенок
до 14 мм.
круглую заготовку прокаты-
вают в полую заготовку на специальном прошивном стане с косо
расположенными валками, которые имеют сложную форму
(рис. 109). Для удобства изображения валки на рисунке показа-
ны один над другим, рабочее положение их получится при пово-
роте фигуры вокруг оси заготовки па 90°.
Оба валка прошивного стана вращаются в одном направле-
нии, вынуждая заготовку вращаться в обратном направлении.
Заготовка, вращаясь, движется в направлении своей оси. Обра-
батываемая заготовка находится в весьма сложных условиях
пластической деформации, создающих в центре заготовки значи-
тельные напряжения, вызывающие разрыхление этой зоны с об-
разованием отверстия с неровной поверхностью. Для выравнива-
ния внутренней полости заготовки применяется дорп или проб-
ка В, на которую постепенно наползает заготовка.
Полученная таким путем трубная заготовка надевается на
оправку и подается в фасонный калибр переменного сечения
двухвалкового стана, с помощью которого из заготовки полу-
чается труба.
Прокатное оборудование. Для прокатки металла применяют-
ся прокатные станы (рис. 110).
184
Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих
клетей 5 6,7 (рис. 111), шестеренной клети 4, редуктора 2 с ма-
ховиком 3 и двигателя 1.
Рис. ПО. Общий вид прокатного стана
Комплект валков вместе со станиной называется клетью.
Формы калибров на валках весьма разнообразны и зависят от
Рис. 111. Схема прокатного стана
вида профиля проката, который необходимо получить. Сложные
профили получают из исходной заготовки последовательными
пропусками заготовки через серию калибров, часто расположен-
ных не только на нескольких валках или рабочих клетях, но даже
на нескольких прокатных станах.
Станины клети снабжены механизмами, предназначенными
Для изменения расстояния между валками.
185
Каждый валок 8 рабочей клети получает вращение от шесте-
ренной клети через индивидуальный шпиндель 9. Валки соседних
рабочих клетей связаны шпинделями 10 с рабочими валками 8,
в силу чего скорость вращения валков во всех клетях
одинакова.
Прокатные станы классифицируются по следующим основным
признакам: по числу и расположению валков в рабочей клети; по
взаимному расположению рабочих клетей; по роду выпускаемой
продукции.
По первому признаку станы могут быть отнесены к следующим
группам: дуо-станы, имеющие в каждой клети по два валка
(рис. 112, а), как нереверсивные с постоянным направлением вра-
щения валков, так и реверсивные, в которых направление враще-
ния можно' менять и, следовательно, осуществлять пропуск обра-
а) 0) 0J г) д)
Рис. 112. Схема расположения валков:
а — дуо-станы; б — трио-стапы; в — двойные дуо-станы; г — многовалковые станы;
д — универсальные станы
батываемого металла в обе стороны; трио-станы, имеющие в ка-
ждой клети по три валка (рис. 112, б); двойные дуо-станы
(рис. 112, в), имеющие клети с двумя парами валков; многовал-
ковые станы с четырьмя, шестью и более валками (рис. 112, г);
станы с косо расположенными валками — двух- и трехвалковые.
Реверсивные дуо-станы применяют для прокатки крупных
профилей и толстых листов, нереверсивные—для высокопроизво-
дительной прокатки заготовок и сортового металла, причем в этом
случае обрабатываемый металл идет в одном направлении из
одной клети в другую. Нереверсивные дуо-станы применяют также
для прокатки тонких листов и для холодной прокатки листов и
ленты. После пропуска заготовки между валками ее возвращают
на сторону подачи через верхний валок вхолостую.
В трио-станах прокатываемая заготовка идет в одну сторону
между средними и нижними валками, а в обратную сторону —
между средним и верхним. В этом случае средний валок снаши-
вается быстрее, чем остальные.
Для устранения неравномерности снашивания рабочих валков
применяют двойные дуо-станы. Прокатка на этих станах ведется
186
так же как и на трио-станах, в обе стороны, и точность получае-
мых профилей выше, так как настройка каждой пары валков
производится независимо от другой.
У многовалковых станов валки малого диаметра являются
рабочими валками, а валки больших диаметров—опорными, пре-
дохраняющими от изгиба рабочие .валки, чем обеспечивается рав-
номерная толщина проката (чаще всего листа) по ширине. Станы
с горизонтальными валками, имеющие вертикальные валки для
деформирования заготовки в горизонтальной плоскости, называ-
ются универсальными (рис. 112, <Э).
По расположению рабочих клетей станы классифицируются
на одноклетьевые и многоклетьевые; последние могут быть линей-
ные, двух- и более ступенчатые, непрерывной и полунепрерывной
прокатки.
Рис. 113. Схема процесса волочения
и профили, получаемые волочением
По назначению, т. е. по роду выпускаемой продукции, станы
делятся на обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортопро-
катные, проволочные, листопрокатные, трубопрокатные, бандаже-
прокатные, колесопрокатные и на станы специального на-
значения.
К обжимным станам относятся блюминги и слябинги, способ-
ные прокатывать слитки до 20 т. Блюминги выпускают квадрат-
ную заготовку, называемую блюмом, которая подвергается даль-
нейшей прокатке с целью получения сортового проката. Слябинги
производят прямоугольный .прокат—слябы, являющиеся заготов-
кой при прокатке листа.
Волочение. Волочение заключается в протягивании обраба-
тываемой заготовки через отверстие (фильер, очко), размеры ко-
торого меньше размеров сечения исходного материала. Схема про-
цесса волочения дана на рис. 113, а. При волочении площадь
поперечного сечения заготовки уменьшается, а так как объем
остается постоянным, то длина се увеличивается.
187
КоэфФиЦиснт утонения при волочении, т. е. отношение диа-
метра .после волочения d\ к диаметру до волочения dQ, колеблется
в пределах 0,8—0,95; при больших обжатиях в металле возникают
очень сильные .напряжения, что может вызвать его разрыв. Если
требуется более значительное уменьшение поперечного сечения,
заготовку пропускают через ряд уменьшающихся по сечению от-
верстий в волочильных досках.
Металл подвергается волочению в холодном состоянии, по-
этому пластичность его падает. Первоначальные свойства накле-
панного волочением материала восстанавливаются отжигом. При
возобновлении волочения после отжига материал должен быть
очищен от окалины травлением в растворе серной кислоты с по-
следующей промывкой в щелочном растворе.
Волочением обрабатывают как сталь различных сортов, так и
цветные металлы — медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы.
Волочению подвергают металл в прутках, в проволоке, а также
трубы. Преимущества волочения заключаются в том, что оно
обеспечивает точные размеры (на1пример, для стальной проволоки
диаметром 1,0—1,6 мм, по ГОСТ 2771—44, допуск 0,02), высо-
кое качество- поверхности, возможность получения мелких про-
филей.
Волочение применяют в основном в следующих случаях: для
изготовления проволоки диаметром от 5 мм до сотых долей милли-
метра, как круглой, так и других профилей; для получения тонко-
стенных труб; для калибровки — придания точных размеров и
высокого качества поверхности горя-че!ката'НО!му металлу; для по-
лучения фасонных профилей (рис. 113,6).
Волочение осуществляется на специальных станах, называемых
волочильными станами, обладающими тянущей силой, которая
прикладывается к заготовке, вышедшей из волочильного очка.
§ 38. СВОБОДНАЯ КОВКА
Общие понятия. Свободная ковка является одним из видов
обработки давлением. Ковка разделяется на ручную и машинную.
Свободная ковка осуществляется последовательными ударами
инструмента пб обрабатываемой заготовке, лежащей н.а опорной
площадке — на наковальне или бойке молота (пресса).
Ручную ковку производят кувалдой или ручным молотком на
наковальне (рис. 114, а, б), являющейся опорным инструментом.
Удары кувалдой (рис. 114, б) наносит молотобоец, а кузнец
оперирует заготовкой, держа ее в клещах (рис. 114, в) п указы-
вая молотком молотобойцу место, куда надо ударить. Ручной
ковкой можно изготовлять только мелкие поковки; эта ковка на-
ходит применение в мелких ремонтных мастерских.
Машинная ковка является основным методом свободной ков-
ки, применяемым в машиностроении. Она производится бойком
188
молота (рис. 114, б) или нажимом пресса. Машинной ковкой
можно изготовить поковки весом до 200 г и более.
Исходным материалом для ручной ковки является прокат раз-
ного профиля (круг, квадрат, полоса и т. д.), для машинной ков-
ки__-прокат и слитки разного развеса. Из слитков изготовляют
преимущественно тяжелые поковки, вес которых измеряется топ-
а) Музнечнае наковальни
бойци
В)
Рис. 114. Кузнечный инструмент
нами (например судовые прямые и коленчатые валы, турбинные
диски, цельнотянутые барабаны для сосудов и котлов высокого
давления), а из проката — средние и мелкие поковки.
При изготовлении поковок любых габаритов и любой слож-
ности пользуются сравнительно немногими кузнечными операци-
ями. Каждую поковку изготовляют по разработанному заранее
технологическому процессу. На рис. 115 дан пример ковки колен-
чатого вала.
Основными операциями ковки являются: осадка, вытяжка,
прошивка, рубка, гибка, закручивание и кузнечная сварка.
Осадкой уменьшают высоту' заготовки и увеличивают ее
поперечное сечение; частный случай осадки — высадка, когда
осаживается часть заготовки. Получение головки болта является
189
Рис. 116. Схема осадки (а) и инструмент для
осадки (б)
190
примером высадки. Для получения фаски на головке болта,
или для получения сферического торца пользуются гвоздильней и
вершником (рис. 116, б).
Осадка (рис. 116, а) осущест-
вляется с помощью кувалды, руч-
ника (молотка) и клещей, а при
машинной ковке — с помощью
бойков (см. рис. 114).
Вытяжкой увеличивают
длину заготовки за счет уменьше-
ния площади ее поперечного се-
чения (рис. 117, а). При вытяж-
ке, кроме инструмента, применя-
емого при осадке, пользуются гла-
дилками, подбойками, обжимка-
а)
Подбойки
Рис. 117. Схема вытяжки
6)
(а) и инструмент для вытяжки (б)
ми, пережимками и раскатками (рис. 117,6).
Прошивкой в заготовке получают отверстие или только
углубление (рис. 118, о) с помощью прошивня, а иногда и над-
ставки (рис. 118, б).
191
Рис. 119. Схема рубки (а) и инструмент для .рубки (б)
Скоба-
Рубкой заготовку разделяют на части (рис. 119, а). При
ручной ковке рубка осуществляется зубилом, при машинной —
топором, а если необходимо — с надставкой (рис. 119, б). При
изготовлении некоторых из-
делий, например, гаечного
ключа применяют вырубку.
Головку ключа -после выруб-
ки при ручной ковке офор-
мляют с помощью скобы.
Гибкой заготовке при-
дают изогнутую форму по
заданному контуру (рис.
120, а). Закручиванием
одну часть заготовки повора-
чивают относительно другой
части заготовки под опреде-.
ленным углом вокруг общей
оси (рис. 120, б).
Кузнечной сваркой
при местном нагреве и с по-
мощью механического воз-
действия соединяют в одно
Рис. 120. Схема операций:
а — гибка; б — закручивание
целое отдельные части или концы заготовки.
Оборудование для свободной ковки. Машинную ковку осу>
ществляют на ковочных молотах и ковочных гидравлических прес»
Рис. 121. Пневматический молот
сах. Молоты действуют динамически (ударом), прессы разви-
вают статическое усилие (давление).
Всякий молот имеет так называемые падающие части, осноз-
7—1468 193
ной деталью их является баба /. к нижней части которой кре-
пится верхний боек 2. Обрабатываемая заготовка лежит на ниж-
нем бойке 3, закрепленном в шаботе 4 молота (рис. 121, а).
Верхний боек при движении бабы вниз наносит удары по заго-
товке.
Падающие части перемещаются вниз либо под действием соб-
ственного веса (молоты простого действия), либо под действием
веса и дополнительного давления пара или воздуха (молоты двой-
ного действия).
Пневматический молот (рис. 121,6) имеет два цилиндра —
рабочий и компрессорный. В последнем поршень, приводимый
в движение кривошипно-шатунным механизмом от индивидуаль-
ного электродвигателя, попеременно сжимает то снизу, то сверху
находящийся в цилиндре воздух. Вверху и внизу оба цилиндра
соединены так, что сжимаемый в компрессорном цилиндре воз-
дух поступает в рабочий цилиндр и попеременно, то сверху, то
снизу, оказывает давление на рабочий поршень, связанный с ба-
бой молота. Максимальное число ходов (ударов) падающих ча-
стей у пневматического молота равно числу оборотов кривошипа
его привода. Управление молота обеспечивает автоматические,
единичные удары (сильные и слабые), прижим заготовки к ниж-
нему бойку и держание падающих частей на весу.
Пневматические молоты применяют для мелких и реже для
средних по весу поковок. Эти молоты изготовляют с весом па-
дающих частей до 1000 кг, а иногда и более.
Для ковки средних и крупных поковок применяют паровоз-
душные молоты двойного действия или гидравлические прессы.
Паровоздушный молот (рис. 122, а) работает с помощью
пара давлением 6—8 ат, подводимого из котельной, или воздуха
с тем же давлением, подводимого от центральной компрессорной
станции.
Паровоздушные молоты имеют только один цилиндр 1 (рабо-
чий) ; пар или воздух поступает в цилиндр извне. Паровоздушным
молотом управляет машинист посредством рычага управления 5,
что позволяет кузнецу переходить с одного места на другое. Боль-
шие габариты поковок имеют влияние на конструкции молотов;
станины 3 у них раздвинуты, а шабот 4 не связан со станинами,
к бабе молота 2 крепится верхний боек.
Работа молота. Пар или воздух по трубопроводу 7
(рис. 122, б) поступает в золотниковый цилиндр 8 и, обойдя зо-
лотник 6, направляется в верхнюю часть рабочего цилиндра 9,
где оказывает давление на верхнюю плоскость поршня 10 и за-
ставляет его вместе со штоком 11, бабой и бойком двигаться
вниз. В это время пар (воздух), ранее поступивший в нижнюю
часть рабочего цилиндра, свободно выходит оттуда в золотнико-
вый цилиндр и, пройдя через центральное отверстие золотника,
идет по трубопроводу 12 на выход.
Для подъема падающих частей вверх золотник 6 устанавли-
194
вают в нижнее положение, при котором пар (воздух), подводи-
мый по трубопроводу 7, будет поступать в нижнюю полость ци-
линдра и, оказывая давление снизу на поршень, заставит падаю-
щие части двигаться вверх.
Паровоздушные молоты свободной ковки изготовляют с весом
падающих частей до 10 т. Ковку крупных поковок производят па
гидравлических прессах, так как удары ковочных молотов с боль-
шим весом падающих частей вызывают сильные сотрясения
зданий.
Рис. 122. Паровоздушный молот
Гидравлические ковочные прессы, действие которых основано
на законе гидростатического давления, выбираются с определен-
ным усилием, .передаваемым бойком пресса на обрабатываемый
металл.
Усилие Р на плунжер 2 (рис. 123) со стороны жидкости опре-
деляется формулой
P=p-F,
где р —давление воды;
F — площадь поперечного сечения плунжера.
Давление воды в прессе устанавливают в пределах 150—
400 ат. Пресс снабжен надежными уплотнителями 11.
Гидравлический ковочный пресс показан на рис. 123. Рабочий
цилиндр 1, в котором находится плунжер 2, закреплен в верхней
неподвижной поперечине 3. Последняя с помощью четырех ко-
лонн соединена с установленной на фундаменте нижней непо-
движной поперечиной 5, являющейся основанием пресса. Рабочий
7* 195
плунжер 2 соединен с подвижной поперечиной (траверсой) С>,
несущей верхний боек и направляемой колоннами 4.
Рабочий цилиндр 1 с плунжером 2 сообщает движение попе-
речине 6 вниз. Для подъема ее на верхней поперечине. установ-
лены подъемные цилиндры 7 с плунжерами 8, соединенными при
помощи поперечины 9 и тяг 10 с траверсой 6.
Рис. 123. Гидравлический ковочный пресс
Гидравлические ковочные прессы строят с усилием до
15 тыс- т и даже выше.
Достижением в технологии ковки тяжелых поковок является
применение манипуляторов грузоподъемностью от 3 до 100 т,
осуществляющих подачу заготовок под пресс и перемещение их
в процессе ковки. Манипуляторы применяют при ковке главным
образом на гидропрессах, которые не вызывают сотрясений.
§ 39. ПРЕССОВАНИЕ И ШТАМПОВКА
Прессование. Прессование — это вид обработки металлов
давлением, при котором металл, заключенный в замкнутую фор-
му, выдавливается через отверстие меньшей площади, чем пло-
щадь сечения исходного металла. Прессуемый металл принимает
форму прутка простого или сложного, сплошного или полого се-
чения по форме и размерам отверстия в матрице (рис. 124).
Заготовка заключена в контейнер 1, с одной стороны которого
закреплена матрица 2; через отверстие матрицы с помощью пуан-
сона 3 выдавливается металл заготовки. Если пуансон будет дви-
гаться с некоторой определенной скоростью, то металл будет вы-
196
ходить из матрицы со скоростью истечения во столько раз боль-
шей во сколько площадь поперечного сечения цилиндра (кон-
тейнера) будет больше площади отверстия в матрице.
Прессованию подвергают слитки алюминия, меди и их спла-
вов а также цинка, олова, свинца и других металлов. Для прес-
сования стальных профилей заготовкой служит прокат.
Процесс протекает обычно при температурах горячей обра-
ботки давлением.
Рис. 124. Схема прессования:
а — по прямому методу, б — по обратному ме-
тоду; д — прессование труб
Применяют два метода прессования — прямой (рис. 124, а)
и обратный (рис. 124, б). При прямом методе прессования металл
течет в иапрзвлеаиии движения пуансона;' при обратном моголе
прессования металл течет навстречу направлению движения пуан-
сона, поэтому он делается пустотелым. Прессование осуще-
ствляется почти исключительно на горизонтальных гидравличе-
ских прессах и реже на вертикальных. Усилие современных гид-
равлических прессов, применяемых для прессования, достигает
10 тыс. т.
При прессовании по прямому методу приходится затрачивать
большее усилие, чем при прессовании по обратному методу, так
как приходится преодолевать трение металла о внутренние стенки
цилиндра.
Прутки сплошного сечения любой формы чаще получают об-
ратным методом прессования, а трубьи—только прямым. При из-
готовлении трубы (рис. 124, в), заложенный в контейнер слиток
вначале прошивают, а затем подвергают прессованию. Прессова-
ние осуществляется с помощью иглы 5, закрепленной в пуан-
соне 4.
197
Рис.
125. Профили, получаемые
прессованием
Прессование имеет широкое применение для получения весьма
разнообразного сортамента, особенно сложных профилей
(рис. 125).
При прессовании точность изделий выше, чем при прокатке,
поэтому имеется возможность избежать малопроизводительных
отделочных операций, например, холодной прокатки, волочения,
часто необходимых после горячей прокатки.
Штамповка. Штампов-
ка является одним из
распространенных видов
обработки давлением, при
котором течение металла
ограничивается поверхно-
стями ручьев штампа. В
конечный момент штам-
повки ручьи образуют
единую замкнутую форму,
соответствующую форме
поковки (рис.
Штамповка
вает высокую
тельность, во
превышающую

126).
обеспечи-
производи-
много раз
производи-
свободной ковки, однородность и точность получаемых
как правило, обрабатывают
тельность
поковок. Штампованные поковки,
только в местах сопряжения с
другими деталями, остальные по-
верхности оставляют необрабо-
танными.
Штамповка выгодна в слу-
чаях, когда необходимо изгото-
вить большое количество одинако-
вых поковок, поэтому штамповку
применяют в массовом и крупно-
серийном производстве.
На рис. 127 показаны различ-
ные изделия, получаемые штам-
повкой. Штамповке свойственны
Рис. 126. Схема объемной
штамповки
и недостатки, из них основные:
ограниченность штампованных
поковок по весу (60—200 кг и
только в исключительных случаях — до 1000 кг); высокая сто-
имость штампа, который является узко специализированным,
т. е. годным для изготовления только одной определенной поковки.
Штамповку осуществляют на разнообразных штамповочных
машинах — орудиях. Сюда относятся паровоздушные штампо-
вочные молоты, кривошипные ковочно-штамповочные прессы, го-
198
ризонтально-ковочные машины, гидравлические и фрикционные
прессы, горизонтально-гибочные, вертикально-ковочные и рота-
ционные машины, ковочные вальцы и др.
Штамповочные молоты. Основным видом штамповочных мо-
лотов являются паровоздушные штамповочные молоты двойного
Рис. 127. Поковки, получаемые на штамповочных молотах
действия (рис. 128). Они имеют двустоечную станину, причем
в отличие от ковочных молотов станину устанавливают на шабот
и соединяют с ним при помощи болтов с пружинами. Паровоз-
душные штамповочные молоты всегда имеют мощные регулируе-
мые направляющие для движения бабы. Непосредственная уста-
новка станин на шаботе и усиленные направляющие бабы обес-
199
почивают необходимую при штамповке точность положения поло-
винок штампа. Паровоздушные штамповочные молоты строят с
Рис. 128. Штамповочный молот
двойного действия
весом падающих частей до 16 т.
Принцип действия этих молотов
тот же, что и ковочных молотов.
Штамповка на моло-
тах. Штампы для штамповки на
молотах состоят из двух частей:
верхней и нижней. Верхняя часть
при помощи ласточкина хвоста и
клина закрепляется в бабе моло-
та, а нижняя — в подштамповой
плите, закрепленной в шаботе.
На поковке, изготовленной в
штампах, в плоскости разъема по-
лучается заусенец, образующийся
в результате вытекания металла в
заусеничную канавку. Заусенец
после штамповки обрезают на об-
резных штампах (рис. 129), уста-
навливаемых на кривошипных
прессах. В настоящее время для
некоторых поковок применяется
м-еггод безоблойной штамповки, ис-
ключающий появление заусенца.
Простейшие поковки можно
штамповать в одноручьевых штам-
пах, более сложные поковки штам-
пуют в многоручьевых штампах.
При миогоручьевой штамповке
применяют следующие виды ручь-
ев: штамповочные (окончатель-
ной и предварительной штампов-
ки) ; заготовительные (формо-
вочный, пережимной, подкат-
ной, протяжной и гибочный) и
отрезной (нож).
На рис. 130 показаны штамп
и операции для получения по-
ковки, требующей применения
при штамповке большого ко-
личества ручьев.
Штамповка в многоручье-
вых штампах в настоящее вре-
мя является наиболее распро-
страненной.
200
Рис. Г29. Штамп для обрезки
заусенца
Штамповка на кривошипных к ов о ч*н о - шт а м-
пов очных прессах. Кривошипный ковочно-штамповочный
пресс (рис. 131) имеет клиноременную передачу 1 от шкива
электродвигателя 2 на маховик 3, сидящий на передаточном ва-
лу 4, зубчатую передачу 5 с передаточного вала на кривошипно-
шатунный механизм, состоящий из главного вала 6, шатуна 7 и
ползуна 8 с возвратно-поступательным движением в направляю-
щих станины, на которой и смонтированы перечисленные узлы
пресса. Верхняя часть штампа крепится к ползуну; нижняя уста-
навливается на клиновидном столе в нижней части станины.
Подкатной
ручей
Предваритель-
ныйручей
Поковка
Исходная заготовка
Протяжка
Подкатка
Гибка
Протяжной
ручей
Окончательный
ручей
Прошилъ поднатно
• \\\\\\\ \
Гибочный .
ручей '
Рис. 130. Многоручьевой молотовый штамп
Предварительная
штамповк
'Окончательная штамповка
Кривошипно-шатунный механизм включается на рабочий ход
пневматической многодисковой фрикционной муфтой 9 и оста-
навливается при помощи ленточного тормоза 10-, управление —
педальное.
В настоящее время в эксплуатации имеются кривошипные ко-
вочно-штамповочные прессы с усилием 600—8000 т. Эти прессы
в отношении усилия соответствуют паровоздушным штамповоч-
ным молотам с весом падающих частей от 0,6 до 8 т. Штамповка
201
А.
Рис. 131. Кинематиче-
ская схема кривошип-
ного ковочно-штамповоч-
ного пресса
на этих прессах в основном производится так же, как и много-
ручьевая штамповка на молотах.
Кривошипные ковочно-штамповочные прессы обеспечивают
безударный характер работы, повышенную точность штамповки,
особенно по высоте поковки в связи с наличием жесткого хода
ползуна; возможность снижения штамповочных уклонов пример-
но в два раза ввиду наличия выталкивателей, высокую произ-
водительность (в 1,5—3 раза выше производительности молота
в связи с тем, что каждый переход осуще-
ствляется за один ход ползуна, а не за
несколько ударов, как это имеет место
на молоте). Пресс позволяет применять
механизацию и даже автоматизацию по-
дачи заготовок на штамп, обеспечивает
меньший расход энергии, большую без-
опасность в работе и отсутствие сотрясе-
ний при работе.
Штамповка на гидравличе-
ских прессах. Принцип действия
штамповочных гидравлических прессов не
отличается от действия ковочных. Прес-
сы работают либо от насоса с аккумуля-
тором, либо непосредственно от насоса.
Усилие современных гидравлических
штамповочных прессов достигает 30 тыс. т
и более.
На гидравлических прессах можно ве-
сти штамповку сложных крупных поковок
в многоручьевых штампах, например ко-
ленчатых валов. Эти прессы широко
используют для горячей штамповки толстого листового материала.
Гидравлические прессы, так же как и кривошипные, допуска-
ют возможность применения выталкивателей и работают без удара.
Шт амповка на высадочных автоматах, Штам-
повка высадкой на автоматах имеет следующие особенности:
1) высокая производительность, измеряемая десятками и
сотнями изделий в 'минуту; достаточно сказать, что, например,
для производства болтов Ml2 длиной 70 мм один холодновысадоч-
ный автомат заменяет около 50 токарных автоматов;
2) очень малые отходы металла (для изготовления болтов
М20 длиной 120 мм на металлорежущих станках отход металла
составляет 340 г, а на высадочном автомате — только 14 г);
3) высокая точность получаемых изделий, достигающая
0,03—0,04 мм при высоком качестве поверхности.
На высадочных автоматах обрабатывают углеродистую сталь
с содержанием углерода до 0,5%, различные сорта легированной
стали, а также цветные металлы — медные, алюминиевые и маг-
ниевые сплавы.
202
JI и с то в ая штамповка. Исходным материалом для ли-
стовой штамповки являются прокатанные листы, полосы и свер-
нуты с в рулоны «ленты.
Холодную листовую штамповку применяют для листов тол-
щиной от десятых долей миллиметра до 6—8 мм из низкоуглеро-
дистой стали, пластичной легированной стали, меди, латуни с со-
держанием меди более 60%, алюминия, некоторых его сплавов
и других пластичных материалов.
Горячей листовой штамповке подвергают материал толщиной
свыше 8—10 мм, а при низкой его пластичности—и меньшей
толщины.
Рис. 132. Штампы для листовой штамповки:
а — с прижимом: 1—матрица; 2—пуансон; ^ — прижим,
ное кольцо; б — без прижима: 1 — матрица; 2 — пуансон;
3 — штампуемая заготовка
Листовой штамповкой изготовляют весьма разнообразные по
конструкции детали: шайбы, втулки, сепараторы подшипников ка-
чения, ванны, рамы, детали кузовов автомобилей и т. п. Харак-
терным для этих деталей является то, что толщина стенок у ка-
ждой из них мало отличается от толщины исходного металла.
Листовая штамповка имеет большое распространение во всех
отраслях промышленности, связанных с изготовлением металло-
изделий. Листоштамповочные детали отличаются большой точ-
ностью размеров и почти не нуждаются в последующей механиче-
ской обработке.
Процесс изготовления сложных деталей разбивается на боль-
шое число последовательно совершаемых операций.
К первой группе операций относятся разделительные опера-
ции — отрезка, вырубка, пробивка и зачистка.
. Ко второй группе относятся формоизменяющие операции,
в которых имеет место перемещение одной части заготовки отно-
сительно другой без разрушения заготовки, а именно гибка, вы-
тяжка, обжим, отбортовка и формовка.
На рис. 132 дана схема вытяжного штампа с прижимом (а) и
без прижима (б).
203
На рис. 133 показан штамп последовательного действия для
получения шайбы. Этот штамп имеет несколько пуансонов с мат-
рицами, которые соответственно располагаются в линию. Штам-
повка производится из полосы или ленты, которая подается вдоль
штампа, сначала под первый пуансон, затем в промежуток между
Рис. 133. Штамп последовательного действия
рабочими ходами — под второй пуансон и т. д. Первый пуансон
в приведенном штампе пробивает отверстия, второй отделяет от
полосы шайбу. Такие штампы высокопроизводительны и находят
широкое применение.
§ 40. ДЕФЕКТЫ ПРОКАТА И ПОКОВОК
Прокатанная продукция после резки и правки проходит сле-
дующие контрольные операции: наружный осмотр, сортировку,
зачистку внешних дефектов, клеймение и маркировку.
При обнаружении неисправимого брака прокатанная продук-
ция используется как лом. Брак может происходить как в резуль-
тате недоброкачественного металла, т. е. стального слитка, так
и в результате тех или иных неправильностей самого процесса
прокатки.
Основные виды брака в результате недоброкачественности ме-
талла следующие: глубокая усадочная раковина и рыхлость,
трещины, расслоения, газовые пузыри, неметаллические включе-
ния и т. п.
Из видов брака, возникающего в сортовом металле по вине
прокатки, следует указать: заусенцы, закаты, или рубцы, пред-
ставляющие собой смятые заусенцы, сдвиги одной части профиля
относительно другой, неправильный профиль (овальность в круг-
лом прокате), незаполнение углов, разная толщина полок в угло-
вой стали, риски от задиров и заусенцев на валках и т. и.
Дефекты проката, особенно при использовании его в каче-
стве заготовки под ковку или штамповку, ведут к получению
негодной поковки.
Деф екты поковок следующие:
1. Потеря металла на угар из-за неправильного ведения ре-
жима печи (сжигание топлива с большим избытком воздуха),
204
в пезультате чего получается большой слой окалины на поверх-
ности заготовки, уменьшающей расчетный вес поковки.
2 Чернота на деталях, получаемая от заштампованной ока-
лины на глубину, превышающую припуск, предусмотренный на
механическую обработку.
3. Неполное заполнение ручьев штампа при штамповке по
причине заниженного веса заготовки.
4. Выход поковки и,з геометрических размеров по высоте и по
горизонтали, что объясняется соответственно недоштамповкой и
износом ручьев штампа.
5. Трещины 'внутри поковок и на 'поверхности при чрезмерно
большом обжатии слитков с пониженной температурой.
6. Трещины и надрывы на поверхности поковок при обра-
ботке давлением слитков с газовыми пузырями, расположенными
близко к поверхности.
7. Чернота на детали, выявленная при механической обра-
ботке, в местах, где припуск оказался недостаточным из-за умень-
шения размеров поковки или ее кривизны.
8. Верхняя часть штампованной поковки смещена относи-
тельно нижней по причине нарушения регулировки штампа от со-
трясений.
• 9. Образование зажимов и складок в результате неправиль-
ного заполнения металлом ручьев штампа или неправильной
укладки штамповщиком черновой заготовки в чистовой ручей.
10. Раковины на поверхности поковок при заштамповке ока-
лины в поковку вследствие плохой зачистки заготовки перед
укладкой ее в штамп и плохой очистки штампа от окалины.
Приведенный перечень дефектов не является исчерпываю-
щим; здесь перечислены наиболее часто встречающиеся недо-
статки поковок.
Потери металла на угар, т. е. уменьшение веса нагреваемой
заготовки после нагрева, доходят до 10% веса нагреваемых за-
готовок, с чем, естественно, нельзя мириться.
С целью экономии металла для нагрева заготовок из проката
применяют электронагревательные устройства (контактные и ин-
дукционные); при применении’ их угар практически составляет
менее 1%. Попутно устраняется обезуглероживание поверхно-
стного слоя заготовки и исключается перегрев.
При нагреве крупных заготовок в пламенных печах приме-
няют нагрев металла в нейтральной атмосфере, с элементами ко-
торой металл не вступает в химическую реакцию, что исключает
образование окалины.
Металл окисляется при выгрузке его из печи и в процессе
обработки давлением. Потери металла на угар в данном случае
уменьшаются в несколько раз.
205
Глава X
СВАРКА МЕТАЛЛОВ
§ 41. СУЩНОСТЬ, ЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ СВАРКИ
Сваркой называется процесс получения неразъемного соеди-
нения металлов при помощи местного нагрева их. Из этого опре-
деления следует, что в месте образования сварного соединения
металл должен быть нагрет. Нагрев можно производить либо до
расплавления кромок свариваемых листов, либо только до раз-
мягчения их.
Способы сварки, при которых для образования сварного со-
единения кромки листов расплавляют, относятся к способам
сварки плавлением, а те, при которых для образования сварного
соединения кромки листов нагревают только до размягчения ме-
талла, относятся к способам сварки давлением, так как для обра-
зования сварного соединения нужно не только нагреть кромки
листов, но и сдавить их. К сварке плавлением относится электри-
ческая дуговая сварка (ручная и автоматическая), газовая и тер-
митная. К сварке давлением относятся все разновидности кон-
тактной сварки — точечная, шовная и стыковая, а также газо-
прессовая и некоторые разновидности термитной сварки.
Современные способы сварки позволяют получить прочное
соединение элементов металлической конструкции любой формы
при толщине металла от 0.1 до 250 мм и даже больше. Однако
далеко не все металлы свариваются одинаково хорошо.
К хорошо сваривающимся сталям относятся углеродистые
стали с содержанием углерода до 0,3%, низколегированные НЛ-2,
и др. К удовлетворительно сваривающимся сталям относятся
углеродистые стали с содержанием углерода от 0,3 до 0,42%,
низколегированные — 20ХГС, 20ХМА и др. К ограничен,но сва-
ривающимся сталям относятся углеродистые стали с содержанием
углерода от 0,42 до 0,55%, низколегированные ЗОХМА, ЗОХГС
и др. К плохо сваривающимся сталям относятся углеродистые
с содержанием углерода более 0,55%, низколегированные 35ХГС,
40ХС и др. Чем хуже сваривается сталь, тем тщательнее должен
разрабатываться и соблюдаться технологический процесс сварки.
Применение сварки дает значительную экономию металла.
Сварные конструкции обычно на 10—15% легче клепаных и на
30—40% легче литых конструкций. Сварка значительно повышает
.производительность и существенно облегчает труд рабочих. Этим
по существу и объясняется широкое применение в настоящее
время сварки во всех областях машиностроения и в строитель-
стве.
Сварка в транспортном машиностроении. Советский Союз
одним из первых начал широкое применение сварки в паровозо-
и вагоностроении. На Коломенском, Ворошиловградском паро-
206
возостроительных заводах, заводе «Красный Профинтерн» и на
других предприятиях сварка применяется не только для изго-
товления тендеров и топок, но и паровозных котлов. Москов-
ский и Горьковский автозаводы широко применяют контактную
сварку. В автомашинах «Победа», ГАЗ-51 и ЗИЛ-150 число
сварных точек исчисляется тысячами.
Сварка в тяжелом машиностроении. В тяжелом машино-
строении сварка применяется для таких ответственнейших аг-
регатов, как статоры мощных гидротурбин. Ново-Краматорский
завод, применив наиболее современный способ сварки — электро-
шлаковую сварку, выпустил серию сварных статоров мощных
гидротурбин для Мингечаурской и Камской ГЭС; Ленинградский
металлический завод выпускает сварными такие узлы гидротур-
бин, как подогреватели, конденсаторы цилиндра высокого давле-
ния паровой турбины и др. Очень широкое применение находит
сварка при производстве различных котлов высокого давления с
толщиной стенки до 100 мм.
Сварка строительных конструкций. Сварка строительных
конструкций сыграла существенную роль при строительстве
крупнейших заводов — Магнитогорского, Азовстали и др. Цель-
носварными изготовлялись строительные фермы, колонны, под-
крановые балки. При сооружении цехов этих заводов сварные
конструкции составили до 70% всех строительных металлокон-
струкций.
Огромное значение имела сварка при строительстве крупней-
ших газопроводов: Грозный — Баку, Саратов — Астрахань, Са-
ратов — Москва.
Цельносварными в настоящее время выпускаются различные
резервуары для хранения жидкостей и газов, кубатура которых
в отдельных случаях доходит до 10 тыс. л«3. Успешно применяют
сварку при строительстве мостов. Одним из крупнейших цельно-
сварных мостов является автодорожный мост через Днепр про-
тяженностью 1,5 км.
Большое значение имеет также сварка в ремонтном деле и на-
плавка изношенных поверхностей деталей машин и режущего
инструмента.
В развитии аварки в СССР большую роль сыграли советские
ученые и инженеры, а также рабочие-новаторы. Они разработали
новые типы оборудования, технологические процессы и высоко-
производительные способы сварки различных металлов.
§ 42. ДУГОВАЯ И КОНТАКТНАЯ СВАРКА
Самым распространенным способом электрической сварки яв-
ляется „дуговая сварка, ручная и автоматическая. Изобретателями
Дуговой сварки являются наши соотечественники Н. Н. Бенар-
Дос и Н. Г. Славянов. Первый из них изобрел электрическую ду-
говую сварку угольным электродом (в 1882 г.), второй — метал-
207
лическим электродом (в 1888 г.). Наибольшее распространение
в промышленности получил способ Н. Г. Славянова — электриче-
ская дуговая сварка металлическим электродом.
Рис. 134. Схема ручной дуговой сварки по способу Славянова
При этом способе сварки соединение двух металлических ли-
стов 'Происходит следующим образом (рис. 134). В электрододер-
жатель 1 вставляется металлический электрод 2. Между электро-
дом 2 и изделием (основным
металлом) 3, ток к которым
подводится от сварочного ге-
нератора Г, возбуждается
электрическая дуга 4; она
представляет собой мощный
концентрированный источник
тепла, обладающий темпера-
турой около 6000°. Дуга рас-
плавляет электрод 2 и плавит
основной металл 3, образуя
на нем сварочную ванну 5.
Расплавленный металл элек-
Рис. 135. Схема ручной дуговой сварки
по способу Бенардоса
трода мелкими капельками поступает в сварочную ванну 5 и там
перемешивается с расплавленным основным металлом. При осты-
вании сварочной ванны в процессе сварки по мере перемещения
дуги по кромкам свариваемых листов жидкий металл отверде-
вает (кристаллизируется), в результате чего образуется сварной
шов 6, прочно связывающий кромки свариваемых листов.
При сварке по способу Бенардоса (рис. 135) в электрододер-
жатель вместо металлического электрода вставляется угольный
электрод 2, а для формирования шва в зону дуги вводится пру-
ток присадочного металла 7. В остальном все происходит так
же, как при сварке по способу Славянова.
В современных сварных конструкциях основными типами свар-
ных соединений (рис. 136) являются стыковое, тавровое, угловое,
нахлесточное.
208
Устойчивое горение дуги и постоянство силы тока при сварке,
без чего невозможно добиться хорошего качества сварного соеди-
нения, обеспечиваются особыми свойствами сварочного источ-
ника тока Г (рис. 134). Сварочные источники тока отличаются от
Рис. 136. Основные типы сварных соединений:
а — стыковое; б — тавровое; в — угловое; а — внахлестку
обычных тем, что у них напряжение на зажимах источника Ua,
к которым присоединяется
дает (уменьшается) при
увеличении тока в дуге /в-
Про такие источники то-
ка говорят, что они имеют
крутопадающую внешнюю
характеристику (рис. 137).
Дуговую сварку мож-
но производить как на по-
стоянном, так и на пере-
менном токе. Источники
тока, питающие дугу по-
стоянным током, называ-
цепь, не остается постоянным, а па-
Рис. 137. Крутопадающая внешняя ха-
рактеристика сварочного источника тока
ются сварочными генера-
торами, а питающие дугу
переменным током — сва-
рочными аппаратами, или трансформаторами.
Наша отечественная промышленность выпускает большое ко-
личество различных типов сварочных генераторов и трансформа-
торов как для ручной, так и для автоматической сварки. К основ-
ным типам относятся сварочные генераторы СУГ-2Р, ПС-500 и
ПСМ-1000, а также сварочные трансформаторы СТАН-1, СТЭ-24.
СТЭ-34 и ТСД-1000.
Дуговая сварка по способу Славянова осуществляется плавя-
щимся электродом. Такой электрод представляет собой металли-
209
ческий стержень с нанесенным на него покрытием (рис. 138). По-
крытие наносится на стержень электрода (электродную прово-
локу) либо методом окунания проволоки в замес, полученный
растворением веществ, входящих в состав покрытия в жидком
стекле, либо путем отпрессовывания таким же замесом на спе-
циальных прессах. Полученный таким образом электрод просу-
шивается, а затем прокаливается до полного удаления влаги.
Различают два типа электродов — тонко обмазанные и
толстообмазанные или простые и качественные.
Тип электрода зависит от типа покрытия. Простые
электроды имеют тонкое или ионизирующее покрытие,
а качественные—толстое или качественное покрытие.
Топкие покрытия служат только для того, чтобы облег-
чить сварщику зажигание дуги и улучшить устойчи-
вость горения ее в процессе сварки. Они не защищают
сварочную ванну от воздействия окружающего воздуха.
Толстые (качественные) покрытия служат не только
для того, чтобы улучшить зажигание и устойчивость
дуги, но и для того, чтобы защитить металл шва от
вредного влияния кислорода и азота воздуха.
При сварке качественными электродами кислород и
азот воздуха почти не попадают в металл шва, по-
этому прочность сварного соединения, сваренного ка-
чественными электродами, значительно выше, чем при
Рис. 138.
Электрод
для ручной
дуговой
сварки
сварке простыми электродами. Именно поэтому в на-
стоящее время при сварке конструкций применяют
„почти всегда только качественные электроды.
4 Различное действие покрытий объясняется их со-
ставом. В состав тонких покрытий вводят ионизирую-
щие и связующие вещества, а в состав качественных,
кроме ионизирующих и связующих, входят газообразующие, шла-
кообразующие, раскисляющие и легирующие вещества, что обес-
печивает высокое качество металла шва.
Чтобы произвести сварку соединения, нужно прежде всего
тщательно зачистить кромки листов, удалив с них всякие загряз-
нения, в том числе окалину и ржавчину. Затем нужно выбрать
в соответствии с толщиной листов 6 диаметр электрода dg и силу
сварочного тока 1д, после чего произвести сварку соединения, вы-
держивая определенную длину дуги Ld, в зависимости от поло-
жения шва. При выборе диаметра электрода d3 (рис. 138), вели-
чины сварочного тока 1д и длины дуги Ld можно исходить из
следующих ориентировочных данных (табл. 28).
При толщине кромок соединения 6—12 мм сварку произ-
водят уже не в один, а в несколько слоев. При этом, чтобы про-
варить соединение на всю толщину, производят предваритель-
ную разделку (скос) кромок, после чего осуществляют сварку-
В качестве примера показано' соединение листов толщиной 20 мм
многослойным швом при V-образной подготовке кромок (рис. 139).
210
Ориентировочные данные для выбора режима ручной дуговой сварки
Таблица 28
Толщина металла б в мм 2-4 4—6 6—8 8-10
Диаметр электрода dg в мм 3 4 5 6—7
Сварочный ток 1д= kd„, где k = 40-н60
Положение шва в пространстве
нижнее вертикальное | потолочное
Длина дуги Lq в мм
2-5 2—3 ~1,5
Применяя ручную аварку многослойным швом при различной
форме подготовки кромок, можно сваривать соединения
толщиной до 80 и даже 100 мм. Но при этом необходимо соблю-
дать установленный порядок сварки швов и выдерживать задан-
ный технологический режим, иначе, особенно при сварке изде-
лий больших толщин, можно вызвать появление трещин в свар-
ном шве или околошовной зоне и значительное изменение
размеров всей конструкции (коробление).
Рис. 139. Стыковой V-образный шов на металле
большой толщины
Ручную дуговую сварку тонкого металла необходимо произ-
водить особенно тщательно, так как малейшая неточность, допу-
щенная сварщиком ири ведении электрода, приводит к тому, что
дуга проплавляет изделие насквозь, образуя прожоги. При этом
качество сварного соединения резко ухудшается. Поэтому ручную
дуговую сварку сравнительно редко применяют при толщине ме-
талла менее 2 лмг, доверяя выполнение таких соединений только
весьма квалифицированным сварщикам.
211
При толщине металла более 40 мм производительность руч-
ной дуговой сварки очень мала. В связи с этим ручную дуго-
вую сварку целесообразно применять для ме-
талла толщиной от 2 до 40 мм.
Основное достоинство ручной дуговой сварки заключается
в том, что, применяя ее, можно сваривать соединения при лю-
бом пространственном положении шва — нижнем, вертикальном
и потолочном.
Кроме ручной дуговой сварки, наша промышленность широко
применяет различные виды автоматической дуговой
сварки, особенно автоматическую сварку под
флюсом. Этот способ, а также современная технология и аппа-
ратура для него были разработаны Институтом электросварки
им. Е. О. Патона под непосредственным руководством Героя
Социалистического Труда Е. О. Патона и благодаря его трудам
получил широкое распространение в промышленности.
Автоматическая дуговая сварка под флюсом обладает двумя
основными преимущества-
ми по сравнению с руч-
ной. Она обеспечивает
лучшее качество сварного
соединения и значительно
большую производитель-
ность. Высокое качество
сварного соединения при
сварке на автомате (рис.
140) объясняется тем, что
подача электродной про-
волоки 1 к дуге по мере ее
расплавления осущест-
вляется не вручную, а спе-
Рис. 140. Схема установки для автомати-
ческой сварки под флюсом
циальным механизмом —
автоматом 2; при этом шов 6 очень надежно защищен от кисло-
рода и азота воздуха специальным флюсом 3, под которым горит
дуга 4. Значительно большая производительность сварки при этом
способе объясняется тем, что благодаря формирующему действию
флюса на автоматах можно применять токи, в несколько раз пре-
вышающие токи при ручной дуговой сварке (при автоматической
сварке под флюсом больших толщин сварку ведут иа токах до
3 тыс. а). В связи с применением больших токов оказывается
возможным в несколько раз увеличить скорость сварки и полу-
чить большую производительность.
При автоматической дуговой сварке под флюсом питание сва-
рочной цепи обычно производится переменным током от спе-
циальных достаточно мощных сварочных трансформаторов 5.
Однако, кроме тра(Нсформатаров, могут применяться также и
сварочные генераторы, питающие дугу постоянным током.
212
Автоматы обеспечивают хорошее качество' и высокую про-
изводительность при сварке металла толщиной менее 1 мм и бо-
лее 250 мм. В то же время практика показала, что автоматы
целесообразно применять главным образом для длинных прямо-
линейных и кольцевых швов. Сварка коротких и особенно криво-
линейных швов на автоматах нецелесообразна, а иногда и невоз-
можна. В таких случаях нужно применять специальные дуговые
полуавтоматы. Автоматами свариваются швы в нижнем и верти-
кальном положениях (для сварки вертикальных швов применяют
особые автоматы).
Преимущества автоматической и полуавтоматической сварки
настолько значительны, что ее следует применять для всех типов
сюединоний.
Кроме сварки сталей, электрическую дугу применяют для
сварки чугуна и цветных металлов.
Сварку чугуна обычно производят чугунными электродами
с предварительным подогревом свариваемых деталей до
550—650°.
Сварку меди производят вручную и на автоматах. При сварке
вручную применяют обычно угольный электрод и присадочную
проволоку из меди со специальными добавками. Сварку на ав-
томатах производят угольным электродом или медной проволокой
под флюсами.
Сварку алюминия производят вручную и на автоматах. При
'•варке вручную применяют электродную проволоку из алюминия
со специальной качественной обмазкой. Автоматическая сварка
производится алюминиевой проволокой под специальным флюсом.
Кроме однофазной ручной и автоматической дуговой сварки,
при которой между электродом и изделием горит одна дуга, в на-
стоящее время применяют еще и автоматическую трех-
фазную дуговую сварку. При автоматической трехфаз-
ной сварке к изделию подается не один, а два электрода, причем
под флюсом горят три дуги: одна между электродами (проволо-
ками ), две — между каждым из электродов и изделием. Этот
способ сварки позволяет регулировать количество наплавленного
электродного металла и расплавленного основного, что в неко-
торых случаях, например при сварке специальных сталей, имеет
решающее значение. Кроме этого, трехфазная дуговая сварка
обеспечивает большую производительность и более равномерную
загрузку заводской электрической сети, чем однофазная.
Трехфазная дуговая сварка особенно эффективна при при-
менении автоматов.
В последние годы промышленность стала широко приме-
нять особый способ дуговой сварки металла — сварку дугой
в защитных газах (рис. 141). В качестве защитного газа
обычно применяют аргон, иногда гелий, углекислый газ, азот.
При сварке по этому способу дуга 2 горит между электродом
1 и изделием 3 в атмосфере защитного газа аргона 4.
213
Аргон защищает сварочную ванну от вредного действия кис-
лорода и азота воздуха и улучшает устойчивость горения дуги.
В связи с этим качество сварных соединений, выполненных этим
способом, получается очень хорошим.
Ручная аргонодуговая сварка обычно производится неплавя-
щимися вольфрамовыми электродами. При этом для формирова-
ния шва применяют пруток присадочного металла 5, состав ко-
торого соответствует составу металла изделия 3. При автоматиче-
ской аргонодуговой сварке обычно применяют плавящийся элек-
трод, т. е. проволоку, по составу близкую к металлу изделия.
Электрод подается к дуге специальным механизмом автомата.
Питание сварочной цепи как при ручной, так и при автомати-
ческой артюнодуговой сварке чаще «всего осуществляется постоян-
ным током от специального сварочного генератора 6.
Рис. 141. Схема аргонодуговой сварки
Производительность аргонодуговой сварки значительно' выше,
чем газовой, потому что дуга обладает более высокой темпера-
турой и обеспечивает более концентрированный разогрев, чем
сварочное пламя.
Аргонодуговая сварка несколько дороже дуговой и газовой.
Ее применяют для сварки нержавеющих сталей и специальных
сплавов из цветных металлов.
В последнее время наряду с аргонодуговой сваркой в промыш-
ленности стал широко применяться еще один новый способ —
электрошлакован сварка. Этот способ разработан и
внедрен Институтом электросварки Академии наук УССР
им. Е. О. Патона.
При электрошлаковой сварке (рис. 142) свариваемые листы
устанавливаются вертикально с большим зазором—40—50 мм.
В зазор засыпается небольшой слой специального флюса
толщиной 50—60 мм. Пропуская через флюс ток от специального
трансформатора 3, флюс расплавляют. При этом в зазоре между
свариваемыми листами из расплавленного флюса образуется так
называемая шлаковая ванна 2. В связи с тем что шлаковая ванна
обладает большим электрическим сопротивлением, ток, проходя
214
через расплавленный флйс, выделяет в нем большое количество
тепла. В процессе сварки шлаковая ванна разогревается током до
температуры около 2000°. Расплавленный флюс соприкасается
с боковыми поверхностями свариваемых листов 1, оплавляет их
и одновременно плавит электродную проволоку 4, конец которой
находится в шлаковой ванне. Расплавленный металл электрод-
ной проволоки под шлаковой ванной сливается с расплавленным
металлом кромок свариваемых листов, образуя так называемую
металлическую ванну 5. По мере остывания металла металличе-
ская ванна отвердевает, образуя сварной шов 6, прочно соеди-
няющий свариваемые листы.
Рис. 142. Схема электрошлаковой сварки
Электрошлаковая сварка осуществляется специальными ав-
томатами. Автомат перемещает вверх с определенной скоростью
медные, охлаждаемые водой ползуны, удерживающие металличе-
скую и шлаковую ванну от вытекания, и подает в шлаковую ванну
электродную проволоку.
Благодаря постепенному разогреву и плавлению кромок ли-
стов, а также хорошей защите металлической ванны от воздей-
ствия кислорода и азота воздуха, этот способ сварки обеспечивает
очень хорошее качество сварного соединения и весьма высокую
производительность. Его применяют для сварки различных сталей
большой толщины: от 100 до 400 мм, главным образом в тяже-
лом машиностроении.
Контактная сварка. Наиболее распространенными типами
соединений при контактной сварке являются: точечное а, шов-
ное б и стыковое в (рис. 143). Каждое из этих соединений сва-
ривается на особой контактной машине. Названия машин соот-
ветствуют типу соединений. Все машины состоят из трех основ-
215
иых частей: трансформатора, прерывателя и механизма давления,
но отличаются друг от друга формой электродов (рис. 143).
Контактная сварка осуществляется теми же способами, что
и сварка давлением. При этом металл в том месте, где произво-
дится сварка, разогревается электрическим током до размягчения,
-------------1
О О б~о f
а)
Рис. 143. Основные
типы соединений при контактной сварке
а затем сдавливается и детали свариваются, образуя прочное со-
единение. Рассмотрим этот процесс, несколько подробнее.
Рис. 144. Схема сварки стержней на стыковой контакт-
ной машине
Перед сваркой заготовки-стержни устанавливают и зажимают
в электродах стыковой машины (рис. 144). Затем с помощью ры-
чага механизма давления МД заготовки сводят и прижимают
торцами друг к другу с определенным усилием Р кг. После этого,
замкнув прерыватель П, включают машину под напряжение за-
водской сети. Под действием напряжения сети в первичной об-
мотке трансформатора U7i появляется переменный ток. Этот ток
создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформа-
216
тора, который, пересекая витки вторичной обмотки трансформа-
тора W2, вызывает появление напряжения во вторичном контуре
машины. Так как к этому моменту вторичный контур машины
замыкается через заготовки, то в нем появляется ток /2- Ток /2,
протекая по всему контуру, выделяет во всех участках контура
определенное количество тепла, причем наибольшее количество
тепла выделяется в месте соприкосновения стержней — в свароч-
ном контакте, где возникает наибольшее сопротивление прохо-
ждению электрического тока. После того как необходимый разо-
грев достигнут, давление на сварочный контакт значительно уве-
личивают, и стык сваривается.
Подобно этому протекает процесс сварки на точечных и шов-
ных машинах. Трансформатор машины Т служит для создания
сварочного тока /2 и регулирования его величины. Прерыватель
П служит для включения и выключения сварочного тока, а также
б)
Рис. 145. Кузнечная снарка:
а — в стык, б — внахлестку, в — враз руб
для регулирования времени протекания его. Механизм давления
Л1Д служит для осуществления давления на сварочный контакт
и регулирования его величины.
Перед сваркой производят очистку и пригонку заготовок. Очи-
стка производится для того, чтобы удалить с поверхностей заго-
товок на участке, где будет производиться сварка, окалину, ржав-
чину, краску и т. п. Пригонка производится для того, чтобы заго-
товки в месте сварки плотно прилегали друг к другу. Особенно
тщательной подготовки требуют шовные соединения. При сварке
грязных непригнанных заготовок получится брак.
На контактных машинах хорошо свариваются стали различ-
ных марок, авиационные сплавы и медь. При этом чем больше
толщина или сечение заготовок, тем больше должны быть ток,
Давление и мощность машины, тем больше времени потребуется
на сварку.
217
На контактных машинах можно сваривать заготовки самой
различной конфигурации и толщины, начиная от деталей толщи-
ной в 0,1 мм и кончая тяжелой арматурой дЛя гидротехнических
сооружений, диаметр стержней которой доходит до 90 мм.
В некоторых случаях, исключительно при ремонтных работах,
прибегают к кузнечной сварке. При кузнечной сварке
неразъемное соединение заготовок образуется в результате на-
грева их в горне и проковке места соединения частыми и сравни-
тельно слабыми ударами кувалды. Для того чтобы свариваемые
поверхности не окислились, нагретые до белого каления концы
заготовок ошлаковывают, посыпая их до проковки кварцевым
песком.
В практике известно несколько типов соединений, выполняе-
мых кузнечной сваркой. Основными из них являются соединения
внахлестку и вразруб (рис. 145).
§ 43. ГАЗОВАЯ СВАРКА
Газовая сварка относится к способам сварки плавлением. При
этом способе сварки кромки свариваемых деталей соединяются
швом так же, как и при дуговой сварке, но источником тепла
служит уже не дуга, а сварочное пламя (рис. 146). Сварочное
пламя 1 получается при сжигании смеси, состоящей из кислорода
Рис. 146. Схема газовой сварки
(О2) и ацетилена (С2Н2). Эти газы смешиваются в сварочной го-
релке 2. Сварочное пламя, обладая высокой температурой (око-
ло 3000°), расплавляет кромки свариваемых изделий 5 и пруток
присадочного металла 6. В результате плавления и отвердевания
их в сварочной ванне 4 образуется шов <3. При газовой сварке
применяют такие же типы сварных соединений, как при дуговой
(см. рис. 136).
Для выполнения газовой сварки необходимо, чтобы горелка
все время горела. Для этого ее следует непрерывно питать теми
газами, из которых образуется горючая смесь, — кислородом и
ацетиленом. Питание горелки этими газами осуществляется с по-
мощью гибких резиновых шлангов 5 от специальных приборов и
218
аппаратов (рис. 147). Кислород поступает в горелку 6 из кисло-
родного баллона 1 через кислородный редуктор 3, а ацетилен —
да ацетиленового генератора 8 через Очиститель 2 и водяной за-
твор 4.
Кислородный баллон 1 представляет собой стальной сосуд,
окрашенный с поверхности в синий цвет. Кислород в баллоне на-
ходится в газообразном состоянии при начальном давлении
150 ат.
При ова|рке давление кислорода в баллоне непрерывно падает,
тан как кислород расходуется, вытекая через горелку.
Баллон вырабатывают до давления 5—8 ат. Для нормальной
работы сварочной горелки давление кислорода в горелке должно
Рис. 147. Схема питания сварочной горелки
быть не переменным, как в баллоне, а постоянным, причем оно
должно быть значительно меньше, чем в баллоне, — 3—4 ат. По-
этому кислород поступает в горелку непрямо из баллона, а через
кислородный редуктор. Кислородный редуктор 3 представляет со-
бой специальный прибор, который понижает давление кислорода
от давления в баллоне до давления, необходимого для горелки
(3—4 ати), и поддерживает его постоянным при работе свар-
Щжа. В верхней части редуктора находятся два манометра: ле-
вый показывает давление кислорода в баллоне, а правый —
в горелке. Давление кислорода в горелке устанавливается при
помощи регулировочного винта, расположенного в нижней части
редуктора.
Ацетиленовый генератор представляет собой специальный ап-
парат, в котором получают ацетилен, действуя водой на карбид
кальция (СаС2).
219
В генераторе i (рис. 148) образование ацетилена происходит
в ретортах 7 генератора, расположенных в нижней части корпуса.
Вода в реторту поступает из резервуара для активной воды 4
через кран 6. Образовавшийся ацетилен, выходя из реторты, по
трубе 2 направляется в нижнюю часть корпуса генератора, где
выходит в воду. По пути он охлаждается, проходя по трубе 2
через слой воды, находящийся в верхней части корпуса — резер-
вуаре для охлаждающей воды. Выйдя из трубы 2* ацетилен в
виде мелких пузырьков проходит слой воды, находящийся в ниж-
ней части газгольдера 5, и скапливается в верхней части газ-
гольдера.
Если в процессе сварки весь карбид в одной из реторт про-
реагировал и ацетилена больше не дает, то воду с помощью кра-
рис. 148. Схема ацети-
ленового генератора
типа МГ
ника направляют в другую реторту,
а первую в это время перезаряжают,
закладывая свежий карбид. Так обес-
печивают непрерывное питание горелки
ацетиленом. Из газгольдера генерато-
ра 5 ацетилен по трубе 3 поступает в
очиститель. В очистителе (см. рис. 147)
происходит очистка ацетилена от вред-
ных примесей, к которым прежде всего
относятся сероводород (H2S) и фосфо-
ристый водород (РНз). Эти газы, ра-
створяясь- в расплавленном металле
сварочной ванны, насыщают металл
сварного шва серой и фосфором, значи-
тельно ухудшая качество сварного со-
единения. Для очистки ацетилена при-
меняется специальный порошок — гера-
толы
Из очистителя ацетилен направляется в водяной затвор.
Водяной затвор представляет собой прибор, предохраняющий
ацетиленовый генератор от взрыва при обратном ударе в горелке.
Обратным ударом называется взрыв кислородно-ацетиленовой
смеси в наконечнике (передней части) горелки.
В практике сварки обратный удар возникает по различным
причинам, чаще всего из-за перегрева наконечника горелки. При
обратном ударе горячие газы взрывной волны могут попасть в
генератор и вызвать взрыв его. Во избежание этого между горел-
кой и генератором устанавливают водяной затвор. При обратном
ударе в водяном затворе образуется большая водяная пробка,
которая не пропускает горячие газы взрывной волны в генератор.
В горелке (рис. 149) кислород и ацетилен смешиваются
в определенной пропорции, образуя горючую смесь. Для образо-
вания смеси кислород направляют в инжектор 2, расположенный
в корпусе горелки 1. Пройдя инжектор, кислород с большой
скоростью проходит смесительную камеру 3, создавая в ней раз-
220
-ряжение. Разряжение обеспечивает приток ацетилена, в смеси-
тельную камеру горелки и образование горючей смоги. Из смеси-
тельной камеры горючая смесь по трубке наконечника 4 направ-
ляется в мундштук 5, через который вытекает в атмосферу.
Поджигая эту смесь на выходе из горелки, получают сварочное
пламя (см. рис. 147). Различают три вида сварочного пламени —
нормальное, окислительное и науглероживаю,
jn е е. Вид пламени зависит от соотношения кислорода и ацети-
лена в смеси, которое регулируется вентилями на корпусе горелки.
2 3 ч
Рис. 149. Схема сварочной горелки
Сварку обычно производят нормальным сварочным пламенем
(рис. 150), которое состоит из трех зон: ядра пламени I, средней,
или рабочей, зоны II и факела III. Сварку производят рабочей
зоной пламени, так как там не происходит окисления металла
при плавлении, что обеспечивает хорошее качество сварного
соединения. В этой же зоне пламени самая высокая температу-
ра, поэтому процесс сварки идет наиболее производительно.
Рис. 150. Нормальное сварочное пламя
Перед сваркой соединения кромки деталей тщательно зачи-
щают; при толщине их более 5 мм производят специальную раз-
делку. Зачистка и подготовка кромок при газовой сварке в основ-
ном производятся так же, как при дуговой.
Газовой сваркой сваривают стали различных марок, чугун и
Цветные металлы. При этом в качестве присадочного металла
берут прутки, близкие по составу к свариваемому металлу.
Сварка может производиться при любом пространственном по-
ложении шва (нижнем, вертикальном, потолочном) и при любой
конфигурации его. Газовую сварку можно применять для
соединений толщиной до 25—30 мм. Однако в настоящее время
при производстве сварных конструкций ее применяют почти
исключительно для сварки тонкого металла — 0,5 — 3 мм. Это
221
Объясняется тем, что при большой толщине металла производи-
тельность газовой сварки становится заметно меньше дуговой,
причем с увеличением толщины металла эта разница становится
все больше и больше.
Газовая резка. Процесс газовой резки представляет собой
сжигание металла в твердом состоянии в струе чистого кислоро-
да. Чтобы металл резался, он должен обладать определенными
свойствами, а именно: температурой горения в кислороде мень-
шей, чем температура плавления; достаточной жидкотекучестью
шлаков, образующихся из окислов металла; более низкой темпе-
ратурой плавления окислов, чем температура плавления метал-
ла; экзотермической реакцией образования окислов.
Этими свойствами в достаточной степени обладают лишь чи-
стое железо и малоуглеродистая сталь с содержанием углерода
до 0,35%. Стали с содержанием углерода от 0,35 до 0,7%
режутся плохо, а чугун и цветные металлы обычным способом
газовой резки не режутся.
Для резки применяют специальные горелки, называемые
резаками. В качестве горючего в резаках обычно употребляют
ацетилен, бензин и керосин. Мы познакомимся только с ацети-
леновым резаком.
Ацетиленовый резак отличается от обычной свароч-
ной горелки только тем, что имеет дополнительную трубку 1
с краном 2 для подвода чистого кислорода в зону резки и допол-
нительный мундштук 3 (рис. 151).
Процесс резки начинают с кромки листа. Направив пламя 4
на кромку листа и подогрев ее до температуры воспламенения
стали в кислороде (белое каление), резчик включает краном 2
«режущий» кислород 5, который через сопло внутреннего мунд-
штука 3 поступает к раскаленному металлу. Включив режущий
кислород, резчик передвигает резак по линии реза и разрезает
металл. Мощность подогревательного TUiaMetHM, давление режущего
кислорода и скорость резки определяются толщиной разрезаемого
222
металла-Мощность подогревательного пламени изменяется путем
смены мундштуков резака, давление режущего кислорода — кис-
лородным редуктором, а скорость резки — на глаз по отклонению
шлаков, вылетающих из реза (рис. 152).
Рис. 152. Отклонение струи шлаков при раз-
личной скорости резки:
а — нормально; б — при чрезмерно большой скорости
Устойчивость процесса резки, качество поверхности кромки
реза и точность его зависят от скорости резки, жесткости креп-
ления резака, расстояния от мундштуков до поверхности разре-
заемого металла и точности направления резака по линии реза.
При ручной резке точность реза и качество его поверхности
получаются недостаточно хорошими.
Чтобы избежать недостатков, присущих ручной резке, были
разработаны и внедрены в промышленность специальные газо-
режущие автоматы. Автоматы обеспечивают высокое качество и
точность реза, хорошую устойчивость процесса и высокую про-
изводительность. Это достигается за счет жесткого крепления
резака и направления его специальным механизмом по металли-
ческому копиру, соответствующему форме вырезаемой детали.
Существуют резаки, обеспечивающие за один проход резку ме-
талла толщиной до 1 м.
§ 44. ТЕРМИТНАЯ СВАРКА
Сущность термитной
сварки заключается в
использовании тепла, об-
разующегося при сгорании
термита (смеси порошко-
образного алюминия с
Железной окалиной). Этот
вид сварки применяется
главным образом для
сварки стыков рельсов
трамвая, железных дорог
И >метро. Применение его
обеспечивает высокое ка-
223
чество соединения. Кроме сварки стыков рельсов, термитная свар-
ка применяется при ремонте массивных деталей металлургиче-
ского и машиностроительного оборудования (колонн, валов ит. д.).
Сущность этого способа заключается в следующем (рис. 153).
В огнеупорный тигель 1 засыпают термит 2, который поджи-
гается специальным запалом. При горении термита развивается
температура около 3000°. Расплавленное железо стекает из ти-
геля в огнеупорную форму 3, установленную на концы рельсов 4,
и сваривает их.
Глава XI
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
§ 45. НАЗНАЧЕНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
Обработка металлов резанием предназначена для придания
деталям необходимой формы, размеров, точности и чистоты по-
верхности.
Эта обработка представляет собой воздействие режущим
инструментом на заготовку с целью удаления с ее поверхностей
излишнего металла (припуска).
Точность и чистоту обработки деталей машин достигают в
отдельных случаях давильными инструментами без снятия
стружки, такими, как оправки и шарики, калибрующие отвер-
стия, ролики, обкатывающие и раскатывающие поверхности
деталей, накатные ролики, наносящие рифления на деталях,
наклепывающие шариковые головки, уплотняющие поверхности
деталей подобно роликам, и др.
В машиностроении возникли также новые методы обработки
металлов: электроискровой, а н о д н о - м е х а н и ч е-
ский, хи мико -механический, электрохимиче-
ский и ультразвуковой, которые получили 'соответству-
ющее распространение.
Современное направление обработки металлов резанием
предусматривает полную механизацию, а где это возможно, то
частичную или полную автоматизацию методов обработки.
В настоящее время на предприятиях Советского Союза уже
работают десятки автоматических станочных линий. Тесное
содружество рабочих-новаторов производства и ученых привело
к большим достижениям в области обработки металлов реза-
нием.
Правильный выбор станка, режущего инструмента, приспо-
собления и режимов резания имеет большое значение для повы-
шения производительности труда и снижения себестоимости
продукции.
В Советском Союзе создаются все более производительные
металлорежущие станки, все шире развивается инструментальная
промышленность.
224
§ 46. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
Существуют различные методы обработки металлов резанием.
На рис. 154 показаны некоторые из них. Обработке подвергаются
заготовки, представляющие собой материалы, имеющие форму,
близкую к форме готовой! детали.
В зависимости от назначения детали заготовками могут слу-
жить отливки, поковки, штамповки, сортовой прокат, сварные
образцы, пластмассы и пр.
Заготовки, как правило, содержат припуск, который представ-
ляет собой лишний металл, подлежащий удалению.
Обработка заготовок производится на металлорежущих стан-
ках режущими инструментами при строго определенных движе-
ниях станка. Одно из этих движений является главным, осталь-
ные движения — движения подачи.
Главное движение происходит при затрате значительной мощ-
ности электродвигателя станка (до 98%) и характеризуется
скоростью резания.
Скоростью резания называется величина перемещения режу-
щей кромки относительно обрабатываемой поверхности в единицу
времени. Скорость резания измеряется в метрах в минуту. Исклю-
чение составляет скорость резания шлифовальным кругом, выра-
жаемая в метрах в секунду.
Скорость резания всегда является скоростью главного
движения. Она вычисляется по наибольшему диаметру или при-
нимается равной средней скорости в случае неравномерного
движения. Подача представляет собой движение,' необходимое
для процесса снятия стружек.
Скорость резания обозначается буквой v, движение подачи —
буквой $ (рис. 154).
Точение. Точение или обточка (рис. 154, а) производится
резцом на станках токарной группы. Заготовка, закрепленная
на станке, получает главное (вращательное) движение, а резец
в направлении, параллельном оси детали, совершает продоль-
ную подачу.
Строгание. Строгание (рис. 154, б) производится на попереч-
но-строгальных станках резцом; главное движение (прямолиней-
ное возвратно-поступательное) осуществляет изогнутый стро-
гальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпенди-
кулярное главному движению, прерывистое) совершает заго-
товка.
Главное движение — движение резца — осуществляется при
Движении вперед (рабочий ход) со скоростью v , при обратном
Движении (холостой ход) —со скоростью vx.
Долбление. Долбление (рис. 154, в) осуществляют на дол-
бежных станках; главное движение (прямолинейное возвратно-
поступательное) совершает долбежный! резец, а движение пода-
чи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению,
прерывистое) совершает заготовка,
8-1468 225
Обрабатываемая
поверхность
Рис. 154. Основные вилы обработки металлов резанием:
точение; б — строгание: в — долбление; г — сверление; О — фрезерование; е — зубофрсзеропаиис; ж — плоское шлифо-
вание; з — круглое шлифование
226
Сверление. Сверление (рис. 154, г) производится на свер-
лильных станках; главное движение (вращательное) и движение
подачи в осевом направлении осуществляет сверло.
Фрезерование. Фрезерование (рис. 154, д) производится па
горизонтально-фрезерных станках. Здесь главное (вращатель-
ное) движение получает фреза; движение подачи в продольном
направлении совершает заготовка.
Зубофрезерование. Зубофрезерование (рис. 154, е) осущест-
вляют иа зубофрезерных станках; главное (вращательное)
движение совершает червячная фреза; круговую подачу як по-
лучает заготовка, а вертикальную подачу se — червячная фреза.
Шлифование. Шлифование (рис. 154, ж) производится на
плоскошлифовальных станках; главное (вращательное) движе-
ние получает шлифовальный круг; продольную подачу (возврат-
но-поступательное движение) и поперечную прерывистую по-
дачу совершает заготовка, вертикальную прерывистую подачу
(установка на глубину резания /) осуществляет шлифовальный
круг.
На рис. 154, з показана обработка деталей па круглошлифо-
вальных станках; главное (вращательное) движение совершает
шлифовальный круг; продольная подача (возвратно-поступа-
тельное движение) и круговая подача осуществляются заготов-
кой, попаренную прерывистую подачу (установка на глубину
резания /) осуществляет шлифовальный круг.
Основные понятия о процессе резания
Резец, его части, элементы и углы. Резец состоит из двух
частей (рис. 155, а: 1 — головка (рабочая часть) и II— тело или
стержень, служащий для закрепления. Элементы головки резца:
1 — передняя поверхность, по которой сходит стружка; 2 — глав-
ная режущая кромка, которая выполняет основную работу реза-
ния; 3 — главная задняя поверхность; 4 — вспомогательная зад-
няя поверхность; 5 — вершина резца; 6 — вспомогательная режу-
щая кромка.
На заготовке (рис. 155, б) различают поверхности: а) обра-
батываемую, б) обработанную, т. е. полученную после обработ-
ки, и в) поверхность резания, образуемую на заготовке главной
режущей кромкой резца.
Для определения углов резца стандартом установлены исход-
ные плоскости: основная и плоскость резания.
Основной плоскостью является плоскость, параллельная про-
дольной и поперечной подачам. У токарных резцов за основную
плоскость 1 принимают опорную поверхность резца (рис. 155, в),
след этой плоскости дан под цифрой 6.
Плоскость резания—плоскость (рис. 155, б), касательная к
поверхности резания и проходящая через прямолинейную режу-
ЩУю кромку; след этой плоскости (рис. 155, в) дан под цифрой 5.
в*—1468 ' 997
Главные углы резца измеряются в главной секущей плос-
кости 3 (рис. 155, в).
Главный задний угол « — угол между плоскостью резания и
главной задней поверхностью.
Передний угол К —угол между плоскостью, перпендикуляр-
ной плоскости резания, и ею передней поверхностью.
<9
Рис. 155. Токарный резец:
а —части и элементы резца; б — поверхности на обрабатываемой детали; основная
плоскость и плоскость резания; с—углы резца
Угол заострения В —угол между передней поверхностью и
главной задней поверхностью.
Угол резания S — угол между плоскостью резания и передней
поверхностью. Угол резания 8 = к + ₽ = 90— Т.
Угол при вершине резца е — угол между проекциями главной
и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.
Главный угол в плане ср — угол между проекцией главной
режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.
Вспомогательный угол в плане 'р i — угол между проекцией
вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и на-
правлением подачи.
Вспомогательный задний угол «] (измеряется во вспомога-
тельной секущей плоскости 4) — это угол между вспомогательной
задней поверхностью и вертикальной плоскостью, проходящей
через вспомогательную режущую кромку и перпендикулярной к
основной плоскости; след этой вертикальной плоскости дан под
цифрой 2 (рис. 155, в),
228
Элементы резания. Элементами резания являются: глубина
резания, подача, толщина и ширина срезаемого слоя.
Н Глубиной резания называется расстояние между обрабатывае-
мой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно
к последней. Глубина резания измеряется в миллиметрах и обо-
значается буквой t (рис. 156). Подача $ (рис. 156) рассмотрена
выше.
Поперечное сечение срезаемого слоя
ко глубиной резания t (рис. 156) и по-
дачей s, но и физическими параметра-
ми; толщиной а и шириной в.
Толщиной срезаемого слоя (рис.
156) называется расстояние, измеряе-
мое в направлении, перпендикулярном
к ширине срезаемого слоя, между дву-
мя последовательными положениями
поверхности резания за один оборот
или один проход изделия или инстру-
мента. Толщина стружки измеряется в
миллиметрах и обозначается буквой а.
Шириной срезаемого слоя (рис.
156) называется расстояние между об-
рабатываемой и обработанной поверх-
ностями, измеренное по поверхности
резания. Ширина срезаемого слоя обо-
значается буквой b и измеряется в
миллиметрах.
Номинальное сечение срезаемого
слоя (рис. 156) измеряется в плоскости,
перпендикулярной к направлению ско-
рости резания. Площадь номинально-
харастеризуется не толь-
Рис. 156. Элементы ре-
зания:
s — подача (в мм/ой); —глу-
бина резания (в мм); а — тол-
щина стружки (в мм); в —
ширина стружки (в мм)
го сечения срезаемого слоя ограничена
контуром ABCD и равна f—t'S=a'b мм2.
Площадь действительного сечения срезаемого слоя ограниче-
на контуром АВСЕ (она составляет около 98% площади ABCD).
Высота Н остаточного сечения в значительной мере определяет
чистоту обработанной поверхности.
Процесс образования стружки научно обосновал русский
ученый профессор И. А. Тиме. Он нашел, что при движении резца
с приложением силы Р образуется стружка, состоящая из после-
довательного ряда элементов. Каждый элемент стружки обра-
зуется за счет первоначального смятия частиц, последующей де-
формации в пределах угла действия [3 0 и, наконец, скалывания
по плоскости скалывания АВ (рис. 157, а).
И. А. Тиме установил, что наклон плоскости скалывания АВ
есть практически величина постоянная, определяемая углом ска-
лывания ф. Угол Ф = 145°— 150° для всех вязких металлов, он
не зависит от угла резания 5.
Однако чем меньше угол 5, тем меньше деформация в пре-
делах угла действия ₽0, тем меньше сила резания Р.
Тиме нашел, что срезаемая стружка бывает сливной (при
обработке вязких металлов с малыми подачами s и большими
скоростями о), стружкой скалывания (при обработке более твер-
дых металлов с большими подачами s и малыми скоростями у),
надлома (при обработке хрупких материалов — чугун, бронза).
Тиме установил, что срезаемая стружка значительно изменяет
свою форму — увеличивается по толщине и укорачивается по
длине; это явление он назвал усадкой стружки.
Рис. 157. Процесс образования стружки:
а — по данным профессора И. А. Тиме; б — по данным исследователя Я. Г. Усачева;
в — явление наклепа при резании; г — явление нароста при резании
Талантливый механик Я. Г. Усачев развил дальше учение
о резании металлов и нашел, что в пределах угла действия
имеет место деформация сдвига частиц стружки по плоскости
сдвига АС (рис. 157, б), образующей угол до 30° с плоскостью
скалывания, а пределом этих сдвигов является плоскость скалы-
вания АВ.
Наклеп и нарост на резце. При обработке резанием впереди
плоскости скалывания АВ, на длине /, и под обработанной по-
верхностью, на глубине h (рис. 157, в), имеет место нарушение
исходной структуры и состояния металла — явление наклепа.
Наклеп повышает твердость детали примерно в 1,5 раза, вслед-
ствие чего резец фактически режет более твердый материал.
Я. Г. Усачев впервые заметил и правильно объяснил явление
230
на основании своих опытов
нароста. Он установил, что на передней грани резца образуется
слой металла другого строения, что можно рассматривать как
застой металла. Под действием силы трения между стружкой и
резцом нарост периодически срывается и удаляется со стружкой,
но затем образуется вновь.
Опыты показывают, что при наросте обработанная поверх-
ность становится неровной, с зазубринами. Однако наличие
нароста снижает угол резания с 8 ( до 8 2, что способствует умень-
шению силы резания Р (рис. 157, г).
Профессор И. М. Беспрозванн!
нашел, что при скоростях резания
v = 80— 100 м{мин и выше на-
клеп детали и нарост на резце ис-
чезают.
Теплота при резании.
Я. Г. Усачев при проведении ис-
следований установил, что при
обработке резанием возникает
тепло от сдвигов частиц по плос-
кости АС и от скалывания эле-
ментов стружки по плоскости АВ
(рис. 157, б), от трения стружки
о переднюю поверхность и детали
о заднюю поверхность резца,
а также от деформаций, порож-
дающих наклеп детали.
Часть возникшей при обработ-
ке резанием теплоты уносится
стружкой (до 80%), часть уходит
в окружающую среду, часть отво-
дится телом резца и деталью, и
последняя часть теплоты скапли-
вается на вершине резца и повышает его температуру.
Охлаждение. Охлаждение применяют для отвода тепла от
обрабатываемой детали и режущей кромки инструмента, что пре-
дохраняет ее от преждевременного износа.
Применение охлаждения при обработке стали и других вязких
материалов позволяет увеличить скорость резания на 25—40%.
Наиболее употребительными смазочно-охлаждающими жидкостя-
ми являются: эмульсия (раствор соды, зеленого мыла и мине-
рального масла в воде), содовый раствор, растительное масло,
сульфофрезолы, керосин и др.
Расход эмульсии должен быть 10—12 л/мин, а сульфофрезола
3—4 я/мин.
Силы резания. В процессе резания на резец действуют три
силы (рис. 158):
1) Pz —сила, действующая в вертикальной плоскости, выра-
жается в кг, отжимает резец книзу;
Рис. 158. Силы, действующие на
резец в процессе резания;
Р^ —сила резания в кг; Р*—сила ио-
да чп в кг; р — радиальная сила в кг
231
2) Рх — сила, действующая в горизонтальной плоскости, вы-
ражается в кг, противоположна направлению продольной подачи,
по величине в три раза менее Р z > а иногда доходит до полного
значения;
3) Ру — сила, действующая в горизонтальном направлении,
выражается в кг, перпендикулярна к оси заготовки, составляет
от 30 до 50% от Рг.
Опыты показывают, что с увеличением подачи s и глубины
резания t в обоих случаях увеличивается сила резания Рг, а сле-
довательно, соответственно увеличиваются Рх и Ру.
Износ резцов. Трение сбегающей стружки о переднюю по-
верхность и поверхности резания о заднюю поверхность являет-
ся причиной износа режущих инструментов.
При малой! скорости резания износ происходит медленнее, чем
при большой скорости, когда образуется много тепла. На износ
влияют материалы детали и резца и величина давления, возни-
кающего от трения.
При обдирочных работах изнашивается главным образом пе-
редняя поверхность инструмента. При чистовых работах наиболее
сильно изнашивается задняя поверхность; износ ее допускается:
для проходных резцов — до 2 мм, для фрез — до 3 мм, для
сверл — до 1,2 мм.
Скорость резания и стойкость резцов. Скорость резания вы-
бирается по таблицам, составленным на основании опытных
данных для разных условий работы. Эти таблицы приводятся в
разных справочниках. Чем больше подача s и глубина резания I,
тем меньше скорость резания.
Скорость резания зависит также от выбранной стойкости рез-
ца. Стойкость резца есть время (Т мин.) его непрерывной
работы при заданном режиме резания. Опыты показывают, что
незначительное увеличение скорости резания вызывает резкое
снижение стойкости резцов. Если по справочным таблицам вы-
брана определенная скорость резания v м/мин, то тогда по
формуле
1000-v -,
п — —----об/мин
nd
определяют число оборотов п, при котором нужно обрабатывать
заготовку диаметра d мм.
Новаторы производства и советские ученые создали новые
методы резания: с высокими скоростями, но малыми подачами и
с большими подачами, но с более низкими скоростями. Все это
резко повысило производительность труда на наших предприя-
тиях.
Мощность резаиия. Мощность резания есть мощность, расхо-
дуемая на резание. Она зависит от величины силы резания Рг
и величины скорости резания v — чем они больше, тем больше
.мощность резания. Работа с высокими скоростями резания тре-
бует установки более быстроходных и более мощных станков.
232
§ 47. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Металлорежущие станки принято делить на такие группы:
1) станки токарной группы (стр. 233);
2) станки сверлильной группы (стр. 243);
3) станки расточной группы (стр. 243);
4) станки фрезерной группы (стр. 251);
5) станки строгальной группы (стр. 260);'
6) станки шлифовальной группы (стр. 270).
Каждая группа станков, в свою очередь, делится на подгруп-
пы, подгруппы на типы, или модели.
В качестве примера приведем подгруппы и типы металлорежу-
щих станков токарной группы. К этой группе относятся станки
следующих подгрупп: токарные, токарно-винторезные, токарно-
револьверные, токарно-карусельные, токарные автоматы и полу-
автоматы и т. д., а в пределах каждого вида, например токарно-
винторезных станков, существуют станки разных типов или мо-
делей— модели 1617, 1616, 1А62 и др.
Более широкая классификация станков дается в специальных
курсах по металлорежущим станкам.
§ 48. ТОКАРНЫЕ СТАНКИ
Разновидности токарных станков
Токарные станки предназначаются для выполнения
разнообразных токарных работ, исключая нарезание резьбы.
Токарно-винторезные станки предназначаются
для выполнения токарных работ, включая нарезание резьбы.
ЛА ногорезцовые токарные станки служат для об-
работки деталей одновременно несколькими резцами.
Револьверные' станки предназначаются для изготовле-
ния деталей относительно сложной формы, требующих последо-
вательного применения разнообразных токарных, сверлильных,
расточных и резьбонарезных режущих инструментов, устанавли-
ваемых в револьверной головке. Револьверные головки делают с
вертикальной или горизонтальной осью поворота.
Лобовые токарные станки предназначены для об-
работки резцами деталей большого диаметра и малой длины
(шкивы, маховики, диски и т. п.); они имеют, планшайбу боль-
шого диаметра (до 1 м и более) с горизонтальной осью вращения.
Карусельные станки, как и лобовые, предназначены
для обработки деталей большого диаметра и малой длины па
планшайбе, но с вертикальной осью вращения, следовательно, с
горизонтальной поверхностью планшайбы (стола). Диаметр план-
шайбы — до 25 м.
Токарные полуавтоматы служат для автоматиче-
ской обработки литых, кованых и штампованных заготовок, при-
233
чем установка заготовки и снятие готового изделия производятся
рабочим, обслуживающим станок.
Токарные автоматы предназначены для обработки
изделий без участия рабочего. Рабочий выполняет периодическую
загрузку станка прутками или отдельными заготовками, контроль
качества изделий и общее наблюдение за работой станка.
Наладка и настройка станка выполняются высококвалифици-
рованным наладчиком.
Токарные автоматы делятся на одношпиндельные и на много-
шпиндельные.
Специальные токарные станки предназначены
для обработки каких-либо деталей определенной конструкции и
размеров, например паровозных и вагонных осей, бандажей и
колес, коленчатых валов, кулачковых валов и т. п.
Токарно-винторезный станок модели 1617. На рис. 159, а
показан токарно-винторезный станок модели 1617, предназначен-
ный для обработки наружных и внутренних цилиндрических,
конических и фасонных поверхностей, торцовых плоскостей,
цилиндрических и торцовых нарезок и других работ. Этот станок
широко используется при обработке небольшого количества
заготовок. В массовом производстве применяются многорезцовые,
специализированные станки, станки-автоматы и автоматические
линии.
Основными размерами, характеризующими токарно-винторёз-
ный станок 1617, являются высота центров над станиной
(Н — 180 мм) и наибольшее расстояние между центрами перед-
ней и задней бабок (L = 750 мм).
Главными частями (узлами) токарно-винторезного станка
(рис. 159, а) являются: станина 1, передняя бабка 2 с коробкой
скоростей, задняя бабка 3, суппорт 4, расположенный в фартуке .9,
и механизм для передачи движения от шпинделя к суппорту,
состоящий из сменных зубчатых колес 5, коробки подач 6, ходо-
вого винта 7 и ходового валика 8.
Станина 1 является основным базовым узлом, она имеет
коробчатую форму с внутренними ребрами. Станина служит для
крепления и направления главных частей станка. Верхняя часть
ее имеет четыре направляющие (плоские и призматические) для
передвижения по ним суппорта и задней бабки.
Передняя бабка 2 крепится неподвижно к станине и
служит для закрепления обрабатываемой заготовки и передачи
ей главного вращательного движения, имеющего различные ско-
рости. Заготовки на станке закрепляют разными способами: на
центрах, в патроне, на планшайбе, на оправке, на суппорте.
Патроны и планшайбы навинчивают на резьбу шпинделя 10
(рис. 159, б); центр или оправку устанавливают в конусное от-
верстие шпинделя 11. В шпинделе имеется сквозное отверстие
для пропуска пруткового проката, являющегося заготовкой при
изготовлении некоторых деталей.
234
Рис. 159. Токарно-випторезпый станок модели 1617:
а — общий вид; б — рабочий конец, шпинделя; в — кинематическая схема
235
Внутри корпуса передней бабки 2 расположен механизм
скоростей из зубчатых колес, называемый коробкой ско-
ростей. Необходимое число оборотов шпинделя достигается
переключением рукояток коробки скоростей, перемещающих бло-
ки зубчатых колес и муфт — механизма, который передает дви-
жение от одного вала к другому включением дисков трения или
кулачков-
На кинематической схеме станка (рис. 159, в) видно, что вра-
щение шпинделя IV передается от электродвигателя мощностью
N = 4,5 нет через ременную передачу, приводной вал I, муфту А,
скользящие блоки зубчатых колес Б1г Б2, Б3, установленные
соответственно на валах II, III.
Шпиндель 71/ получает всего 8 скоростей вращения (от 31 до
720 об/мин). Переключение скоростей производят рукоятками Р(,
включение муфты А— рукояткой Р2 (рис. 159, а), включение
электродвигателя — кнопками Р16.
Задняя бабка 3 (рис. 159, а) служит для поддержания
длинных цилиндрических заготовок при обработке их па центрах;
для закрепления сверл, зенкеров, разверток и других инструмен-
тов при обработке отверстия; для установки заготовки под углом
к оси шпинделя при обработке конусов с небольшими углами.
Задняя бабка крепится к станине двумя болтами; рукоят-
кой Р15 выдвигают пиноль с центром на требуемое расстояние;
рукояткой Р14 стопорят пиноль.
Суппорт 4 (рис. 159, а) содержит: нижние продольные са-
лазки, установленные на направляющих станины, поперечные са-
лазки, поворотный круг, верхние салазки, резцедержатель. Самая
верхняя часть суппорта — резцедержатель — служит для
закрепления резцов и других инструментов; одновременно в нем
закрепляют обычно не более четырех резцов.
Продольные (нижние) салазки передвигаются по
направляющим станины, осуществляя продольную подачу резца.
Поперечные салазки передвигаются по направляю-
щим нижних салазок вручную или механически, осуществляя по-
перечную подачу.
Поворотная часть центрируется в кольцевой выточке
поперечных салазок и позволяет устанавливать резец для обточки
конусов с подачей вручную.
Верхние салазки передвигаются вращением рукоятки
вручную по направляющим поворотной части.
Фартук 9 крепится к продольным салазкам суппорта и слу-
жит для размещения в нем механизма суппорта.
Рукоятками Р3, Р4 и Ръ управляют коробкой подач. Накидное
колесо Б.1 (рис. 159, в) и скользящий блок Бъ позволяют изменить
величину подачи 6x2=12 раз.
Движение на подачу идет от вала IV через реверсивный меха-
низм, состоящий из четырех колес, сменные шестерни, коробку
подач, ходовой валик 8, вал XII, муфту Б, вал XVI, реечное ко-
236
леса Z=13 (продольная подача) или от вала XII через муфту В,
поперечный винт XV (поперечная подача).
При нарезании резьбы суппорт получает подачу от ходового
винта 7, который работает от коробки подач (в этом случае хо-
довой валик 8 отключается).
Рукоятки от Р6 до Р13 используются для управления суппор-
том станка. Рукояткой Рп включают насос, подающий охлаждаю-
щую жидкость.
Токарные резцы. Резцы разделяются на правые 17 и левые 16
(рис. 160). Первые работают справа налево, вторые—слева на-
право. Резцы изготовляют цельными, если материалом для них
служат углеродистые и легированные инструментальные стали,
и составными 18: головка I (рис. 160) — из быстрорежущей ста-
ли, а стержень II— из поделочной стали (головка приваривает-
ся к телу резца).
У составных резцов 19 пластинка 1 из быстрорежущей стали
приваривается, а пластинка I из твердого сплава припаивается
к телу резца II. Резцы бывают прямые /.отогнутые 2 и
оттянутые 3. Существуют следующие типы резцов: про-
ходные 1, 2, 16, 17, 18, 19: чистовые узкие 3 и широкие 4:
галтельные 5; прорезные б; фасонные 7; отрез-
ные 3; подрезные правые 10 и левые //; расточные
для сквозных отверстий 12, упорные 13: для канавок 14\
резьбовые наружные 9 и внутренние 15. Кроме указанных,
применяются резцы: фасонные призматические^;
резец I закрепляется в державке IP, резцы эти работают с попе-
речной подачей; круглые резцы 21 имеют фасонный профиль
и работают с поперечной подачей, но могут работать и с продоль-
ной подачей; тангенциальные резцы 22 также имеют фа-
сонную форму и работают с подачей, совпадающей по направ-
лению с касательной. Фасонные резцы имеют профиль, соответ-
ствующий профилю детали; они обеспечивают точность размеров,
высокую производительность, большое число переточек и имеют
применение в массовом и крупносерийном производствах.
„ Работа на токарно-винторезных станках. Обтачивание
1, 2, 3, 4 (рис. 160) — наружная обработка гладких и ступенчатых
валов, втулок, дисков и других деталей.
Подрезание торцов 10, 11, обработка галтелей 5 и
канавок 6, о т р е з а н и е 8 выполняются по схемам, приведен-
ным на рис. 160.
Сверление 23, рассверливание 24, растачива-
ние 12, 13, 14, зенкерование 25, развертывание 26,
з е н к ер о в а н и е 27 (цилиндрическое), 28 (конусное) — методы
обработки отверстий. Деталь при этих работах закрепляется в па-
троне. Развертывание дает чистовую обработку отверстия раз-
вертками.
Обтачивание конусов производится различными ме-
237

тодами: с помощью поворота верхнего суппорта ла заданный угол
и с ручной подачей этого суппорта; сдвигом задней бабки в по-
перечном направлении; широким резцом (если длина конуса не-
большая— примерно до 20 мм)\ применением конусной линейки
(которая при продольной подаче суппорта одновременно создает
подачу поперечного суппорта). Указанные методы, кроме сдвига
задней бабки, пригодны и для растачивания внутренних конусов.
Обтачивание эксцентриков и фасонных по-
верхностей. Эксцентрики, имеющие две и более параллель-
ные оси, обрабатывают при последовательном вращении детали
вокруг каждой оси или па специальных станках при неподвижных
деталях и вращающихся резцах. Короткие детали фасонного про-
филя обрабатывают фасонными резцами с поперечной подачей;
длинные детали фасонного профиля обрабатывают с помощью
копира.
Рис. 161. Общий вид револьверного станка модели 1А38
Нарезание резьбы наружной 9 и внутренней 15
(рис. 160) производится резьбовыми резцами. Резьбы приходится
нарезать разного профиля — треугольные, прямоугольные, трапе-
циевидные и специальные; разного направления — правые (с подъ-
емом винтовой линии слева направо) и левые (с подъемом
винтовой линии справа налево); разной заходности — одноза-
ходные и многозаходные; разного шага S, метрические (шаг 5
в мм), дюймовые (шаг •$ в дюймах), модульные (шаг
S = л-т мм, где tn — модуль).
Точность обработки и чистота поверхности. Точность обра-
ботки деталей на токарных станках достигает 3-го класса,_в от-
дельных случаях — 2-го; чистота поверхности — 6—8-го (vV 6—
VW 8) классов чистоты.
Револьверный станок. На рис. 161 показан револьверный
239
станок модели 1А38, который состоит из следующих основных
частей: станины 1, коробки скоростей 2, токарного резцового суп-
порта 5 с фартуком 4 и поворотным четырехгранным резцедер-
жателем 6, револьверного продольного суппорта 8 с фартуком 9
и поворотной шестигранной револьверной головкой 7 и ходового
валика 3. Коробка скоростей 2 сообщает шпинделю шестнадцать
скоростей вращения; суппорты 5 и 8 получают по шестнадцать
скоростей подач (первый в
Рис. 162. Общий вид карусельного
одностоечного станка модели 152
продольном и поперечном,
второй только в продольном
направлении. В револьвер-
ной головке 7 устанавливают
(непосредственно или в дер-
жавках) резцы, сверла, зен-
керы, развертки, метчики;
на суппорте 5 закрепляют
резцы. Револьверная голов-
ка 7 поворачивается вокруг
вертикальной оси; у другой
группы револьверных стан-
ков револьверные головки
делают цилиндрической фор-
мы с числом гнезд под ин-
струмент до шестнадцати и
с поворотом этих головок во-
круг горизонтальных осей.
Инструменты, установ-
ленные на станке, использу-
ются последовательно путем
периодического поворота ре-
вольверной головки 7, каж-
дый раз на 60е, и суппорта 5
на 90°.,
Установка инструментов
производится в соответ-
ствии с учетом последова-
тельности обработки детали.
Вследствие высокой производительности и достаточной точ-
ности работы револьверные станки широко применяют в серий-
ном производстве.
Карусельный одностоечный станок. Станок модели 152 пока-
зан на рис. 162. На нем обрабатывают детали типа маховиков,
шкивов и т. п. диаметром до 1000 мм и высотой до 700 мм.
Наличие двух суппортов (верхнего 4 и бокового 7) позволяет
ускорить процесс обработки за счет одновременного включения
их в работу. Деталь закрепляется на вращающейся планшайбе 2.
Станина 1 содержит вертикальные направляющие 5, по кото-
рым перемещаются поперечина 6 и боковой суппорт 7; верти-
240
кальный суппорт 4 движется по поперечине 6; он снабжен револь-
верной головкой 3. Более крупные модели карусельных станков
снабжаются четырьмя суппортами и изготовляются двустоечными.
Многорезцовые станки. Эти станки более производительны,
чем токарные; они применяются в серийном и массовом производ-
стве и позволяют производить одновременную обработку деталей
большим количеством резцов. Такой станок имеет передний (про-
дольный) 1 и задний (поперечный) 2 суппорты (рис. 163). Нали-
чие специальной копирной линейки позволяет производить на
станке обтачивание конусных и фасонных поверхностей. Уста-
новка и съем обрабатываемой детали производятся вручную, при-
чем деталь устанавливается в центрах или в патроне.
Рис. 163. Общий вид мно: орезиового станка
Наибольший диаметр возможной обработки в патроне 410 мм.
Мощность электродвигателя главного движения 10 кет; электро-
двигателя для быстрых перемещений суппортов—1,0 кет. Ста-
нок имеет замкнутый автоматический цикл работы, по окончании
которого станок автоматически останавливается.
Одношпиндельные автоматы. Автоматы разделяются на р е-
вольверные, фасонно-отрезные, фасонно-про-
дольны е.
Многошпиндельные автоматы. Многошпиндельные автоматы
подразделяются на позиционные (револьверные) и
отрезные.
Позиционные ми о г о шп и н д с л ь н ы е автоматы
применяются для обработки изделий несколькими инструмен-
тами последовательно.
Отрезные м н о г о ш п и и д е л ь и ы е автоматы при-
241
меняются для обработки простейшей формы изделий двумя-тремя
инструментами. На всех шпинделях производится одна и та же
работа, и после каждого цикла.от прутков отрезаются четыре
детали.
§ 49. СВЕРЛИЛЬНЫЕ СТАНКИ
Понятие о процессе сверления. Режущие инструменты. Про-
цесс изготовления отверстий сверлами в сплошном материале
называется сверлением.
Наиболее употребительным сверлом является спиральное
(рис. 164, а), снабженное в режущей части lt двумя режущими
кромками и перемычкой, а в калибрующей части /2 двумя лен-
точками. При сверлении (рис. 164, б) сверло осуществляет глав-
ное движение (вращательное — скорость v) и движение по на-
правлению оси (подача s).
Режущие кромки сверла непрерывно срезают новые слои ме-
Рис. 164. Режущий инструмент по обработке отверстий:
а — спиральное сверло; б —сверление отверстия; в — развертка; г — развертывание
отверстия
242
талла и образуют отверстие. Недостатком сверла является пере-
мычка, которая не режет, а выдавливает материал. В готовом
отверстии сверло соприкасается с ним по поверхностям двух
ленточек.
Для увеличения диаметра отверстия применяется рассвер-
ливание, производимое сверлом большего диаметра; зенке-
р о в а н и е, выполняемое цельными или насадными зенкерами;
зенкование, выполняемое цилиндрическими или коническими
зенковками.
Развертывание производят развертками (рис. 164, г).
Развертка с цилиндрическим хвостовиком показана на рис. 164, в.
Развертывание обеспечивает высокую точность обработки и чи-
стоту поверхности, особенно при применении двух разверток (пер-
вая — черновая, вторая — чистовая).
Разновидности станков сверлильной группы
Вертикально-сверлильные станки бывают на-
стольные и наклонные.
Радиально-сверлильные станки предназначены
для сверления отверстий в разных местах тяжелых деталей без
их перестановки.
Горизонтально-сверлильные станки предна-
значены для глубокого сверления.
Много шпиндельные сверлильные станки
предназначены для сверления большого количества одноименных
деталей. Они имеют несколько шпинделей, расположенных в ряд
или по кругу.
Агрегатные сверлильные станки высокопроизво-
дительны. Эти станки снабжаются силовыми головками, каждая
из них представляет собой шпиндельную бабку с фланцевым
электродвигателем.
Центровочные станки служат для центрования заго-
товок.
Разновидности расточных станков
Горизонта л.ьно-расточные станки являются
основным типом расточных станков.
Горизонтально - вертикально - расточные
станки предназначены для обработки сложных деталей. Они
имеют две шпиндельные головки — вертикальную и горизон-
тальную.
Координатно-расточные станки предназначены
для обработки отверстий с точным расположением их осей (до
0,005 мм).
Алмазно-расточные станки служат для тонкого
растачивания отверстий, при котором точность обработки дости-
гает 0,005 мм.
243
Вертикально-сверлильный станок. На рис. 165, а показан
станок модели 2135, он предназначен для сверления, зенкерова-
ния, развертывания и других процессов обработки внутренней
поверхности отверстий. Деталь закрепляется на столе / ори томо-
ши прижимных планок, машинных тисков, кондуктора. Сверло за‘-
крепляется в шпинделе 2. При работе деталь остается неподвиж-
ной, а шпиндель с инструментом получает вращение и вертикаль-
ную подачу.
Наибольший диаметр отверстия, обрабатываемого сверлом
в сплошном материале, 35 мм. Наибольшая глубина сверления
250 мм. Мощность электродвигателя станка 5,2 кет.
Радиально-сверлильный станок. На рис. 165, б приведен ста-
нок модели 255, он получает вращение и подачу шпинделя 6 от
электродвигателя 3. Перемещение траверсы 5 по колонне 1 про-
изводится от электродвигателя 2. Закрепление траверсы на ко-
лонне и суппорта на траверсе производится гидравлически. Пово-
рот траверсы вокруг оси колонны, перемещение суппорта 4 по
траверсе 5 производятся от руки. На станке можно выполнять
различные работы по обработке отверстий.
Наибольший диаметр отверстия, обрабатываемого сверлом в
сплошном материале, 50 мм. Станок снабжен четырьмя электро-
двигателями: мощностью 4,3 кет для передачи движения шпин-
делю; мощностью 1,5 кет для перемещения траверсы; мощ-
ностью 0,4 кет для зажима траверсы; мощностью 0,1 кет для
насоса, подающего охлаждающую, жидкость.
Многошпиндельный сверлильный станок. Этот станок приме-
няют в серийном и массовом производствах, так как он имеет
большую производительность по сравнению с одношпиндельными.
Многошпиндельные сверлильные станки однорядные с числом
шпинделей от 2 до 6 и постоянным расстоянием между осями
применяют либо для последовательного сверления в одной и
той же детали нескольких отверстий различного диаметра, либо
для обработки одного и того же отверстия последовательно раз-
личными инструментами — сверлом, зенковкой, метчиком и т. п.
Повышение производительности достигается за счет сокращения
времени на смену инструмента.
Ротационный (вращающийся) многошпиндельный сверлиль-
ный станок непрерывного действия. Он служит для обработки
нескольких изделий на круглом столе, вращающемся непрерывно
вместе со шпинделями станка вокруг неподвижной центральной
колонны. При проходе шпинделей мимо загрузочной зоны
(рис. 165, в) инструменты быстро отводятся вверх, а рабочий
в это время снимает обработанную деталь и ставит вместо нее
заготовку. Перед вступлением в зону обработки инструмент бы-
стро подводится к изделию.
Горизонтально-расточный станок. На рис. 166 изображен ста-
нок модели 262Г, он имеет шпиндель 3 и радиальный суппорт 2
на планшайбе 4\ шпиндель и планшайба вращаются с разными
244
9—1468
скоростями. Станок предназначен преимущественно для обра-
ботки отверстий больших размеров (цилиндров) и торцовых по-
верхностей. На станке можно производить растачивание, подреза-
ние торца, сверление, зенкование, развертывание, нарезание
резьбы и фрезерование. Деталь закрепляется на столе 1, который
может перемещаться в продольном и поперечном направле-
ниях; поворот стола производится вручную на любой угол. Шпиц-
Рис. 166. Общий вид горизонтально-расточного станка модели 262Г:
f — стол; 2 — радиальный суппорт; 3 — шпиндель; 4 — планшайба; 5 — передняя стойка j
£ —шпиндельная головка (с коробками скоростей и подач); 7 — станина; 8 — задняя
стойка: 9 — подшипник
дель станка 3, кроме вращения, может совершать осевую подачу.
Радиальный суппорт 2 планшайбы 4 с закрепленным резцом
имеет поперечную подачу, что используется при подрезании
торцов.
Крепление инструментов. Сверла и другие инструменты за-
крепляют на сверлильных станках: а) непосредственно в шпин-
дель станка, если конусный хвостовик инструмента по размерам
совпадает с отверстием шпинделя; б) через переходные втулки;
в) в иструментальном патроне (рис. 167), если хвостовик инстру-
мента цилиндрический; г) в быстросменных патронах для
смены инструмента на ходу. Простейшие приспособления и спо-
собы крепления деталей на сверлильных станках показаны на
рис. 167.
Точность обработки при сверлении. Точность обработки при
сверлении достигает 4 и 5-го класса, при зенкеровании — 3-го, при
246
развертывании — 2-го класса. Чистота поверхности при разверты-
вании—до 8-го класса ( VVV 8), при сверлении—до 3-го (V3).
Рис. 167. Приспособления для крепления сверла и обрабатываемой детали:
в — переходные втулки о коническим отверстием; б — инструментальные патроны; в — ма-
шинные тиски; е — крепление в тисках с подкладками; д — установка цилиндрических
деталей на призмах; е — крепление на угольнике
§ 50. ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
Понятие о процессе фрезерования. Фрезерованием назы-
вается технологический метод обработки поверхностей фрезами.
При фрезеровании главное (вращательное) движение осуще-
ствляет фреза, а движение подачи (прямолинейное и перпенди-
кулярное к оси фрезы) — заготовка, закрепленная на столе стан-
ка. Если движение подачи направлено против вращения фрезы
В* 247
Рис. 168. Методы фрезерования:
с — против подачи (встречное фрезерование);
о — по подаче (попутное фрезерование)
(рис. 168, а), фрезерование называют против подачи (встречное),
а при движении подачи по направлению вращения фрезы
(рис. 168, б) фрезерование называют по подаче (попутное).
При фрезеровании
против подачи каждый
зуб фрезы врезается в
материал постепенно,
обеспечивая более спо-
койную работу, чем
при фрезеровании по
подаче, когда зубья
фрезы должны срезать
сразу толстую струж-
ку, работая с ударами,
что приводит к более
быстрому износу их
(особенно при обработке отливок с отбеленной поверхностной
коркой). Однако при фрезеровании по подаче обработанная по-
верхность получается более чистой, зубья фрезы прижимают за-
готовку к столу; поэтому фрезерование по подаче применяется
при чистовой обработке тонких деталей.
Рис. 169. Процесс фрезерования горизонтальной плоскости
цилиндрической фрезой. Элементы фрезерования;
t—глубина резания (в мм); —подача на один зуб фрезы (в мм)
Фреза имеет несколько режущих зубьев, причем каждый ре-
жущий зуб имеет такие же элементы и углы, как резец
(рис. 169). Удаляемый слой металла срезается последовательно
248
зубьями фрезы по частям. Часть слоя, срезаемого одним зубом,
ограничена криволинейными поверхностями (циклоидами) и
имеет переменное сечение.
Каждый из зубьев фрезы выполняет работу резания только
во время незначительной части оборота фрезы, определяемой
углом контакта фрезы с деталью (рис. 169). В течение осталь-
ного времени оборота зуб фрезы не режет и успевает несколько
охладиться, в го время как остальные зубья находятся в работе.
Периодичность работы зубьев фрезы в отличие от непрерывной
работы режущего инструмента при других процессах обработки
(например точении или сверлении) обеспечивает фрезерованию
высокую производительность и большую стойкость инструмента.
Размер срезаемого слоя зависит от глубины резания t и ши-
рины фрезерования В (рис. 169). Площадь поперечного сечения
стружки f, срезаемой зубом в каждый момент резания, может
быть определена по формуле
f—В-а мм2,
где а — толщина стружки в льч, измеряемая в направлении ра-
диуса фрезы.
Как показано на рис. 169, стружку срезают одновременно три
зуба; в этом случае
f — В (tZj + а2 + а3) мм2.
Различают минутную подачу s (перемещение заготовки в про-
цессе фрезерования в мм!мин)-, подачу за один оборот s0 (пере-
мещение заготовки, приходящееся на один оборот фрезы в мм)
и подачу на зуб sz (перемещение заготовки, приходящееся на
один режущий зуб в мм).
В процессе фрезерования на зуб фрезы, находящейся в ра-
боте, действует сила резания Pz.
Основные типы фрез. Существуют следующие основные типы
фрез: цилиндрические и торцовые для обработки плоскостей;' ди-
сковые, пазовые, концевые, одноугловые, двуугловые, Т-образные
для изготовления пазов и шлицев; фасонные, модульные, червяч-
ные, резьбовые для изготовления фасонных поверхностей; отрез-
ные (пилы круглые) для разрезания металлов.
По форме зуба фрезы бывают с прямыми и винтовыми зубьями.
Цилиндрические фрезы прямозубые 3 (рис. 170)
и с винтовыми зубьями 1 применяют для обработки плоскостей.
Фрезы с винтовыми зубьями работают более плавно и дают более
чистую поверхность, чем фрезы с прямыми зубьями. Объясняется
это тем, что винтовые зубья врезаются постепенно по длине,
а прямые вступают в работу сразу всей длиной. Врезание пря-
мого зуба сопровождается резким увеличением усилия резания,
которое снижается при выходе зуба из материала заготовки. Зна-
чительные колебания усилия резания приводят к неспокойной
работе.
9*—1468 249
Рис. 170. Типы фрез
250
Торцовые фрезы 2 применяют для обработки плоско-
стей; для обработки небольших плоскостей их делают цельными,
насадными, а для обработки плоскостей крупных размеров их
делают больших диаметров со вставными ножами из углероди-
стой стали, оснащенными пластинками твердого сплава. Режущие
кромки этих фрез расположены как с торцовой, так и с боковой
цилиндрической поверхности.
Дисковые фрезы 4 применяют для обработки прямо-
линейных пазов. Дисковые фрезы, имеющие кромки по образую-
щей цилиндра и по обоим торцам, называются трехсторонними.
Шлицевые фрезы-пилы 5 применяют для прорезания
шлицев.
Концевые фрезы 6 применяют для обработки пазов и
канавок; эти фрезы имеют режущие кромки на торце и на ци-
линдрической образующей.
Одноугловые 7 и двуугловые 8 фрезы приме-
няют для получения канавок различного профиля. Такие канавки
обычно фрезеруются у режущих инструментов (фрез, разверток
и т. и.).
Т-образные фрезы 9 применяют для получения соответствую-
щих пазов.
Фасонные фрезы 10 применяют для получения фасон-
ных поверхностей. Зубья фасонных фрез делают с задней поверх-
ностью по спирали Архимеда, а переточка их производится
только по передней поверхности, причем профиль зуба не нару-
шается.
Модульные фрезы дисковые 11 и пальцевые 12 приме-
няют для получения зубьев колес.
Гребенчатые 13 и дисковые 14 фрезы специаль-
ного профиля применяют для нарезания резьбы, как показано на
рис. 170.
Разновидности станков фрезерной группы
Горизонтально-фрезерные станки служат для
выполнения различных фрезерных работ; шпиндель у этих стан-
ков расположен горизонтально.
Универсально-фрезерные станки отличаются от
горизонтальных тем, что продольный стол у них имеет поворот на
угол ±45°.
Вертикально-фрезерные станки снабжаются по-
воротными шпиндельными головками, что позволяет устанавли-
вать шпиндель вертикально или наклонно.
Продольно -фрезерные станки бывают одно-,
двух-, трех- и четырехшпиндельные; стол этих станков получает
только продольную подачу.
Станки специального назначения — шпоночно-
фрезерные, торцо-фрезерные, карусельно-фрезерные, барабанно-
фрезерные, резьбо-фрезерные, копировально-фрезерные и др,
9*» 251
Универсально-фрезерный станок. На рис. 171, а показан ста-
нок модели 6Н82, он предназначен для фрезерования разнооб-
разных деталей цилиндрическими, дисковыми, фасонными, угло-
выми и другими фрезами. Фреза <3 закрепляется на оправке 2;
конец оправки укрепляется в шпинделе /; второй конец оправки
поддерживается серьгой 4, укрепленной на хоботе 5.
Шпиндель 1 с фрезой <3 получает всего 18 скоростей враще-
ния. Автоматическое движение стола осуществляется по замкну-
тому маятниковому циклу, т. е. сначала следует прямое движение
с рабочей подачей в одну сторону, а затем следует автоматиче-
ское переключение на обратный ход с ускоренной подачей, далее
автоматическое переключение на прямой ход с рабочей подачей
и т. д.
По вертикальным направляющим станины 10 может переме-
щаться консоль 9 с направляющими для поперечных салазок 8.
Поворотная часть 7 закрепляется на поперечных салазках и не-
сет стол 6, на котором непосредственно или в приспособлении
крепится обрабатываемая заготовка. Заготовка может иметь вер-
тикальную подачу (с консолью), горизонтальную поперечную по-
дачу параллельно оси шпинделя (с поперечными салазками) и
горизонтальную продольную подачу перпендикулярно оси шпин-
деля (при движении стола по направляющим поворотной части).
Для фрезерования винтовых канавок поворотную часть устана-
вливают под утлом до ±45°.
Вертикально-фрезерный станок. На рис. 171, б показан
станок модели 612, он предназначен для фрезерования разнооб-
разных деталей торцовыми, концевыми, угловыми и фасонными
фрезами в условиях индивидуального и серийного производства.
Стол имеет холостые (ускоренные) и рабочие перемещения в трех
направлениях.
В нижней части станины 1 установлен электродвигатель, от
которого через ременную передачу, расположенную за крыш-
кой 2, движение через коробку скоростей 3 передается шпин-
делю 4. По направляющей 5 вертикально передвигается консоль 9
при помощи винта И. Верхний продольный стол 6 передвигается
по направляющим поперечного стола 7, а последний — по направ-
ляющим 8 консоли 9. Раздельный привод шпинделя и механизма
подач стола обеспечивает применение рациональных режимов ре-
зания.
Наибольшее перемещение стола продольное — 700 мм, попе-
речное — 250 мм, вертикальное — 420 мм. Мощность электродви-
гателей станка для вращения шпинделя А=5,8 кет; для переме-
щения стола N=2,2 кет.
Основное отличие вертикально-фрезерных станков от горизон-
тально-фрезерных заключается в расположении оси шпинделя и
в отсутствии хобота. У некоторых станков шпиндель станка рас-
положен в фрезерной головке, которая может поворачиваться
в вертикальной плоскости.
252
станка
Продольно-фрезерный станок. Для обработки крупных де-
талей, а также небольших заготовок с помощью многоместных
приспособлений в условиях серийного и массового производства
служит продольно-фрезерный портальный станок (рис. 172). По
направляющим станины 1 перемещается стол 2, на котором
укрепляются заготовки, а чаще — приспособления с заготовками.
Стол имеет лишь продольное перемещение, медленное при рабо-
чем ходе и быстрое при холостом. Фрезерные головки <3 распола-
гаются на стойках 4 и на поперечине 5.
Рис. 172. Общий вид продольно-фрезерного станка
Продольно-фрезерные станки высокопроизводительны, так как
заготовки на них могут обрабатываться одновременно с трех
сторон. Некоторые типы продольно-фрезерных станков имеют по-
воротные фрезерные головки, что позволяет обрабатывать наклон-
ные плоскости.
Крепление фрез и деталей. Фреза 6 имеет отверстие, которым
она насаживается на оправку 3 и соединяется с ней шпонкой
(рис. 173); шпонка устанавливается в шпоночный паз 5, профре-
зерованный вдоль цилиндрической части оправки. Кольца 7 слу-
жат для установки фрезы на нужном участке оправки, а гайка
10 — для закрепления колец и фрезы. Конический хвост оправки 3
закрепляется в коническом же отверстии шпинделя. Затяжной
болт 1 служит для затягивания конического хвоста в отверстии
шпинделя. Сухари 4, привинченные к шпинделю 2, заходят в со-
ответствующие пазы оправки. Они служат для передачи враще-
254
ния от шпинделя к оправке. Передний конец оправки поддержи-
вается серьгой 8, укрепленной на хоботе 9.
Детали на фрезерных станках в зависимости от их формы и
количества закрепляют различными способами: а) прижимными
планками к столу станка; б) в машинных тисках; в) в простых,
поворотных или многоместных приспособлениях; г) на круглых
столах; д) в делительных головках, на центрах, в патронах или
ка оправках.
Рис. 173. Крепление фрезы на станке
Фрезерные работы. На фрезерных станках обрабатывают
плоскости горизонтальные, вертикальные, наклонные; пазы обыч-
ные, угловые на цилиндрических и призматических деталях, типа
ласточкина хвоста, тавровые и другие шпоночные канавки; все-
возможные фасонные поверхности; зубчатые колеса; спиральные
канавки; резьбовые поверхности. На копировально-фрезерных
станках производят фрезерование по копиру, форма которого бе-
рется в соответствии с формой детали.
Фрезерование горизонтальной плоскости цилиндрической фре-
зой приведено на рис. 154, д\ другие виды фрезерных работ даны
на рис. 174.
Точность обработки и чистота поверхности. При обработке
деталей на фрезерных станках точность обработки дости-
гает 3-го класса; чистота поверхности — 6 — 7-го класса;
(VV6-VW7)-
Делительные головки. Делительные головки применяют для
закрепления заготовок и поворота их на требуемый угол относи-
тельно оси при фрезеровании канавок или плоскостей, располо-
женных под определенным углом. Их используют при фрезерова-
нии зубчатых колес, канавок у режущих инструментов (фрез, раз-
верток, сверл т. д.), плоскостей многогранников и т. п.
В практике пользуются делительными головками для непо-
средственного деления и универсальными делительными голов-
ками.
Делительные головки для непосредствен-
ного деления (рис. 175, а) просты по устройству и примене-
нию. Обрабатываемые заготовки устанавливают в центрах 5 в го-
ризонтальное положение, при этом ось заготовки совпадает с осью
шпинделя 3. Заготовка хомутиком или патроном соединяется
со шпинделем. На противоположный конец шпинделя неподвижно
установлен лимб 1, положение которого фиксируется защелкой 2.
255
Задняя бабка 4 служит для поддержания второго конца заго-
товки (или оправки). После обработки одной канавки или грани
заготовку отводят от фрезы перемещением стола, затем нажа-
тием рычага защелку 2 выводят из паза и диск вместе со шпин-
Рис. 174. Примеры фрезерных работ:
а— фрезерование шпоночной канавки дисковой фрезой; б—фрезерование лаза дисковой
фрезой; в — фрезерование сложного контура комплектом фрез (1, 2, 3, 4, 5); г—Фрезе-
рование уступа одноугловой фрезой; д — фрезерование таврового паза фрезой для
Т-образных пазов; е — фрезерование угла концевой фрезой; ж — фрезерование шпоночной
канавки фрезой для Т-образных пазов; з — фрезерование паза типа ласточкина хвоста
одноугловой фрезой; и — фрезерование наклонной плоскости торцовой фрезой со встав-
ными зубцами
делем и заготовкой поворачивают на нужное количество промо-
жуткое между фиксирующими пазами. После, этого с помощью ры-
чага защелки 2 фиксируется положение лимба и обрабатывается
вторая канавка или грань. Работа повторяется до тех пор, пока
не будут прорезаны все канавки. Варианты деления заготовки за-
висят от числа пазов лимба. Если лимб имеет 24 паза, то с по-
мощью его заготовку можно разделить на 24, 12, 8, 6, 4, 3, 2
равные, части; делительные лимбы могут иметь и другое число
пазов.
256
Универсальная делительная головка (рис.
175, в) может быть использована для простого и дифференциаль-
ного деления, а также для фрезерования спиралей. На шпин-
деле 1 (рис. 175, б) неподвижно установлено червячное колесо 2,
которое находится в постоянном соединении с червяком 3. Червяк
через валик 4, зубчатые колеса 5 и 6 соединен с валиком 7 и ру-
кояткой 8. Фиксация положения рукоятки 8 относительно лимба 9
производится штифтом 10. Лимб закрепляется неподвижно к кор-
пусу головки винтами.
Делительная головка снабжается лимбом, у которого с обеих
сторон расположено по 11 кругов с несквозными отверстиями
(первая сторона: 24—25—28—30—34—37—38—39—41-—42 и 43
отверстия по кругу; вторая сторона: 46—47—49—51—53—54—
57—58—59—62 и 66 отверстий по кругу).
У других типов делительных головок применяют сменные
лимбы из трех штук; они содержат либо те же (см. выше) числа
отверстий по кругу, либо кратные им.
Червячное колесо имеет 40 зубьев, червяк однозаходный;
следовательно, для полного поворота червячного колеса и вместе
с ним шпинделя, на котором закреплено колесо, рукоятку 8 нуж-
но повернуть 40 раз.
Таким образом, для деления окружности заготовки на две
257
равные части рукоятку нужно повернуть 20 раз, а для деления
на пять частей—8 раз.
Если обозначить число частей, на которое нужно делить заго-
товку, буквой г, число зубьев червячного колеса — г0, а искомое
число оборотов рукоятки — пр, то можно написать:
Допустим, что заготовку зубчатого колеса при обработке тре-
буется разделить на 22 части (нарезать 22 зуба), тогда
п z= — 40 — 1 18 = 1 9 -
р z 22 22 11'
Окружности лимба с числом
отверстий 11 нет, берем окруж-
ность с количеством отверстий,
кратным 11. Такая окружность
имеется в лимбе с 66 отвер-
стиями. Очевидно, что
Червячная
Цилиндрическое а-д
прямозубое колесо
?)
Рис. 176. Нарезание зубчатых колес фрезами:
а — прямозубое колесо; б — косозубое колесо; в — схема нарезания зубьев червячной
фрезой; г — схема установки фрезы и заготовки при нарезании зубьев: а —угол наклона
зубцов у косозубого цилиндрического колеса: £ — угол подъема винтовой линии У чер-
вячной фрезы; со — угол установки червячной фрезы
258
Для ускорения отсчета количества промежутков между отвер-
стиями пользуются раздвижным сектором, ножки которого 11
устанавливают по отсчитанному числу промежутков между отвер-
стиями рабочей окружности (рис. 175, в).
С помощью делительной головки можно производить деление
дифференциальным способом и фрезеровать спиральные канавки,
что рассматривается в специальном курсе фрезерного дела.
Зубофрезерование. Зубофрезерование цилиндрических зуб-
чатых колес производится червячными фрезами (рис. 176).
Зубофрезерный станок (рис. 177) модели 532 пред-
назначается для изготовления прямозубых и косозубых цилиндри-
Рис. 177. Общий вид зубофрезерного станка модели 532
259
ческих колес, червячных колес, а также для изготовления много-
заходных червяков.
На направляющих 15 станины 1 установлены передняя стой-
ка 4 с вертикальными направляющими 2 для нижней части суп-
порта 6 и продольные салазки 16. На салазках 16 расположены
круглый вращающийся стол 13 и задняя стойка 14 кронштейна 8.
центр которого 9 удерживает свободный конец оправки 12 сто-
ла 13. Верхний суппорт 5 поворачивают на поворотном круге 12
стола 13, а для установки суппорта 5 под утлом (рис. 176, г)
его поворачивают па поворотном круге 3. В суппорте 5 помещен
шпиндель 7, в котором закрепляют оправку 10 с фрезой И.
На станке можно иметь: а) вращение шпинделя и фрезы 11,
б) вращение стола 13 и детали, в) вертикальную подачу суппор-
та 5, г) горизонтальную подачу салазок 16 вместе со столом 13.
При нарезании цилиндрических колес, выключается горизонталь-
ная подача, а при нарезании червячных колес — вертикальная
подача.
§ 51. СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Понятие о процессе строгания. Строгание осуществляют на
станках с главным прямолинейным возвратно-поступательным
движением относительно детали и с подачей в направлении, пер-
пендикулярном направлению главного движения.
Резец при работе на поперечно-строгальном и долбежном
станках совершает прямолинейное возвратно-поступательное
движение, а деталь получает прерывистую подачу (см. рис.
154, б, в).
При работе на строгальных станках используют изогнутые
резцы (рис. 178), которые бывают разных типов: проходные
(рис. 178, а), чистовые (рис. 178, б), широкие чистовые (рис.
178. н), подрезные (рис. 178, г), отрезные (рис. 178, 6) и др.
На рис. 178, е дан двусторонний долбежный резец, на
рис. 178, ж — долбежный прорезной резец.
Изогнутые резцы, допуская при строгании отжим вокруг точ-
ки 0 (рис. 178, з), захватывают меньшую глубину резания t,
в то время как прямой резец при отжиме (рис. 178, и) захваты-
вает при строганин большую глубину резания, чем снижает точ-
ность обработки детали. Поэтому при строгании нужно пользо-
ваться изогнутыми резцами. Закрепление резцов в откидном рез-
цедержателе 5 (рис. 179, а) способствует уменьшению их износа,
так как при обратном ходе при откидывании резцедержателя ре-
зец свободно скользит по поверхности детали.
Разновидности станков строгальной группы
Поперечно-строгальные станки предназначены
для обработки деталей длиной до 700 мм, реже — большей длины.
Продольно-строгальные станки бывают двусто-
ечные, одностоечные и кромкострогальные.
260
Долбежные, станки применяют для обработки внутрен-
них и наружных поверхностей деталей.
Поперечно-строгальный станок. На рис. 179, а показан ста-
нок модели 736; юн предназначен для обработки плоских и фа-
сонных поверхностей в условиях индивидуального и серийного
производства.
Суппорт имеет поворот в вертикальной плоскости, что позво-
ляет установить его под углом и строгать наклонные поверхности.
От электродвигателя 1 через коробку скоростей (6 скоростей)
а—д — строгальные
Рис. 178. Изогнутые резцы:
резцы; е—ж — долбежные резцы; з — отжим изогнутого
резца; и — отжим прямого резца
движение передается механизму качающейся кулисы, создающе-
му возвратно-поступательное движение ползуна 10, суппорта 6 и
откидного резцедержателя 5. Одновременно движение передается
через храповой механизм 11 к столу 4, который благодаря на-
личию храповой передачи получает прерывистую поперечную по-
дачу. Деталь закрепляется на столе прижимными планками, в
машинных тисках, в приспособлениях. Наибольшая длина хода
ползуна 650 мм, число двойных ходов в минуту до 58.
Продольно-строгальный станок. На рис. 179, б показан ста-
нок модели 724; он предназначен для строгания крупных деталей
весом до 10 т; при этом одновременно могут быть обработаны
горизонтальная и две боковые поверхности с помощью двух верх-
них 6 и 2 и двух боковых 8 и 1 суппортов.
261
9
Q)
4
0
Рис. 179. Строгальные станки
а — общий вид поперечно-строгального станка модели 736: t — электродвигатель;
2—станина; 3 — вертикальный винт; 4— стол; 5—откидной резцедержатель;
6 — суппорт; 7—винт суппорта; 8 — поворотный крут; 5 —рукоятка; 10—ползун;
11 — храповой механизм; б — общий вид продольно-строгального станка: 1 и 8 —
боковые суппорты (правый и левый); 2 и 6—верхние суппорты (правый и ле-
вый); 3 и 5 — стойки (правая и левая), по которым перемещается траверса; 4 —
пускатель; 7 — траверса; 9 и 12 — боковые упоры стола для его переключения;
10 — стол; 11 — станина
На столе устанавливается деталь или группа деталей на длине
до 4000 мм при ширине до 1500 мм и высоте до 1250 мм. Воз-
вратно-поступательное движение стола осуществляется реверсиро-
ванием электродвигателя, через плавное, изменение скорости.
Два вертикальных суппорта получают прерывистую подачу
(горизонтальную и вертикальную) от особого электродвигателя,
а каждый из боковых суппортов снабжен своим электродвигате-
лем. Траверса 7 перемещается электродвигателем, зажимаясь на
стойках 5 и 3. По трубе 4 проведены электропровода к пусковой
аппаратуре станка.
Долбежный станок. На рис.
180 приведен станок модели
7417; он предназначается для
обработки плоских и фасон-
ных поверхностей, долбле-
ния пазов, шпоночных и дру-
гих канавок в разнообраз-
ных деталях, а также для
обработки различных ви-
дов штампов. Прямолиней-
ное возвратно-поступатель-
ное движение долбяка 1
происходит по верхним на-
правляющим станины 2 и
достигается с помощью ку-
лисного механизма. Стол 3
получает прерывистую про-
дольную, поперечную и кру-
говую подачи. Деталь за-
крепляется на круглом, гра-
дуированном на 360° столе
прижимными планками, в
машинных тисках, В патро- Рас- 180. Общий вид долбежного стал-
не или приспособлении. Наи- ка модели 7417
больший ход долбяка 160
мм; наибольшее перемещение стола: продольное—500 мм, попе-
речное—510 мм, круговое—360°. Мощность электродвигателя
станка N = 3,4 кет.
Работа на строгальных и долбежных станках. На строгаль-
ных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные, на-
клонные плоскости; строгают пазы, уступы, канавки; реже произ-
водится обработка фасонных поверхностей. На долбежных стан-
ках долбят шпоночные канавки, шлицевые и другой формы от-
верстия, пазы, продольные и поперечные вертикальные поверхно-
сти, уступы и т. п., проводят круговое долбление поверхностей.
Распространение более совершенных фрезерных станков огра-
ничило применение строгальных станков; они используются глав-
ным образом в индивидуальном производстве и в ремонтных
цехах.
263
Точность строгания. Точность строгания на строгальных и
долбежных станках достигает 3—4-го класса; чистота поверх-
ности 6—7-го класса.
§ 52. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Понятие о шлифовании. Шлифованием называется обра-
ботка поверхностей деталей машин шлифовальными кругами.
Шлифованию подвергают поверхности плоские, наружные и внут-
ренние. цилиндрические и конические, а также различные фасон-
ные, в том числе поверхности зубьев колес, резьбы и др. Понятие
о процессе, шлифования дают схемы на рис. 154, ж, з.
При шлифовании происходит срезание металла зернами из
абразивного материала, входящего в состав шлифовальных
кругов.
Абразивные материалы. Они изготовляются в виде зерен, ко-
торые бывают естественными (кварц, наждак, корунд) и искус-
ственными (корунд, карборунд, карбид бора).
Зерна имеют произвольную форму, бывают различной вели-
чины; они прочны, остры и тверды.
Твердость зерен определяется по методу царапания, состоя-
щего в том, что один материал царапается другим материалом.
Существует таблица твердости, включающая 10 следующих мине-
ралов: 1) тальк, 2) каменная соль, 3) известковый шпат, 4) пла-
виковый шпат, 5) апатит, 6) полевой шпат, 7) кварц, 8) топаз,
9) корунд, 10) алмаз.
Кварц относится к 7-му классу твердости. Зерна его имеют
округлую форму, поэтому он является плохим шлифующим мате-
риалом; применяется ограниченно и идет на изготовление песоч-
ных точил.
Наждак — в таблице твердости минералов расположен ме-
жду 7 и 8-м классами. Он обозначается маркой Н и состоит из
окиси алюминия А12О3 (до 30%), окиси железа Fe2O3 и силика-
тов. Цвет паждака бывает темно-серый и черный; он обладает
невысокими режущими свойствами; употребляется главным обра-
зом для изготовления наждачной бумаги, наждачного полотна,
полировочных порошков, брусков для точки режущего инстру-
мента.
Корунд естественный в таблице твердости минера-
лов занимает 9-й класс. Это наиболее ценный природный абра-
зивный материал. Известен под марками Е и ЕСБ (корунд Сс-
миз-Бугу), содержащий до 95% окиси алюминия А120з). Цвет
его темно-коричневый. Обладает хорошими режущими свойства-
ми; употребляется для изготовления шлифовальных кругов, при-
меняемых для обработки стали, брусков, шкурок, полировочных
порошков.
Наличие окиси железа, силикатов и других примесей в при-
родных абразивных материалах снижает их режущие свойства.
264
Лучшими сортами материалов являются искусственные абра-
зивы.
Корунд искусственный занимает 9—9,5-й класс твер-
дости. Известен под марками Э — электрокорунд нормальный
(86—91% А120з), встречается по цвету от серо-коричневого до
темно-коричневого и от розового до темно-красного, и ЭБ — элек-
трокорунд белый (коракс). Коракс — материал высшего каче-
ства, содержит 96—99% А12О3, обладает хорошими режущими
свойствами, имеет белый или серовато-белый цвет, а иногда свет-
ло-розовый. Добывается искусственный корунд путем электро-
плавки с последующим дроблением.
Корунд искусственный (Э) употребляется для обработки ста-
лей, ковкого чугуна, мягких бронз и пр., для грубой обдирки
стальных отливок и поковок. Корунд искусственный (ЭБ) исполь-
зуется для точных работ, для внутреннего шлифования сталей,
для шлифования калибров, резьб и т. и.
Карборунд относится к 9,6—9,8-му классу твердости. Со-
стоит из зерен карбида кремния SiC. Изготовляется плавкой
в электропечах кварцевого песка и порошкового угля с последую-
щим дроблением.
Зерна карборунда отличаются остротой и большой твер-
достью, но в то же время они хрупки и поэтому применяются
для шлифования хрупких материалов — чугуна, отдельных сортов
бронзы и т. п., на шкурки и порошки для обработки стекла.
Марки карборунда: КЧ — карборунд черный, содержит не ме-
нее 95% SiC; КЗ — карборунд зеленый — материал высшего ка-
чества, содержит не менее 97% SiC, употребляется для изготов-
ления шлифовальных кругов.
Карбид бора (В4С) имеет почти 10-й класс твердости. Он
содержит примерно 20—24% углерода и 76—80% бора. Исполь-
зуется для изготовления паст для доводки режущих инструментов,
оснащенных твердыми сплавами. В некоторых случаях приме-
няется как заменитель алмаза.
А л м а з — содержит углерод и до 4,5% примесей (А12О3,
Fe2O3, MgO, SiO2), он бывает бесцветный или окрашенный в раз-
ные цвета, что зависит от примесей; делится на ювелирный и тех-
нический.
К техническим алмазам относятся те, которые по цвету, форме
и структуре не пригодны для изготовления из них бриллиантов.
Алмаз по твердости значительно превосходит все известные
вещества; используется в виде мелкого порошка для обработки
особо твердых материалов, в том числе и алмазов, а также в виде
пасты или в форме абразивных инструментов для правки шлифо-
вальных кругов. Для правки применяют штучные алмазы от 1,5
до 0,2 карата (карат — 0,2 г) и алмазно-металлические каран-
даши с более мелкими алмазами, чем наименьшие штучные.
Зернистость. Зернистость характеризует размеры абразивных
зерен. Зернистость обозначают числом отверстий, приходящихся
265
на один погонный дюйм (1"=25,4 мм) сита, через которое про-
сеивают зерна.
В СССР установлены три группы зернистости: 1-я группа —
шлифовальные зерна с номерами зернистости 10, 12, 14, 16, 20,
24, 30, 36, 46, 54, 60, 70, 80, 90; величина зерен № 10 равна
2300 мк, а № 90—180 мк (микрон — 0,001 мм); 2-я группа —
шлифовальные порошки с номерами зернистости 100, 120, 150,
180, 220, 240, 280 и 320; величина зерен № 100 равна 150 мк,
а № 320 — 42 мк; 3-я группа — микропорошки с номерами зерни-
стости М28, М20, М14, М10, М7 и М5; цифра, идущая за буквой
М, показывает максимальное поперечное сечение зерна этого но-
мера зернистости в микронах; величина зерен М28 равна 20 и
28 мк, а № 5 — до 5 мк.
Применение абразивных зерен. Они используются для изго-
товления различной формы и размеров шлифовальных кругов,
шлифовальных головок, шлифовальных брусков, сегментов и все-
возможных оселков- Абразивные зерна применяют для притироч-
ных работ при отделке поверхностей деталей, которая проводит-
ся вручную и на станках, причем зерна используются в виде по-
рошка или специально приготовленных паст.
Материалы связки. Материалы связки служат для скрепле-
ния абразивных зерен в шлифовальных кругах или головках
и т. п. Они бывают неорганические — керамические мар-
ки К, силикатные С, магнезитовые М и органические —
олеонитовая О (окисленные растительные масла), шеллако-
вая Ш, вулканитовая В, бакелитовая Б.
Органические связки относятся к группе раститель-
ных; их достоинство — большая эластичность; из марок Б и В
изготовляют тонкие круги. Круги растительной связки обладают
большой упругостью, менее чувствительны к ударам: недостаток
кругов растительной связки — плотная структура, поэтому они
малоп|хжзводительны; при температуре 150—200° связка размяг-
чается и зерна вдавливаются в нее; растительная связка плохо
выносит охлаждение.
Магнезитовая связка представляет собой соединение
каустического магнезита и хлористого магния. Основой с и л и-
катной связки является растворимое стекло с добавлением
окиси цинка, мела, пластической глины и других материалов.
Керамическая связка включает огнеупорную глину,
полевой шпат, кварц и клеящее вещество (жидкое стекло, или
декстрин и др.); круги этой связки обладают большой прочностью
и не боятся охлаждающей жидкости, дают хорошую пористость,
теплостойки, высоко производительны и применяются почти для
всех видов шлифования.
Керамические круги хорошо сохраняют свой профиль; недоста-
ток их — чувствительность к ударам.
Основой вулканитовой связки являются каучук (на-
туральный и синтетический) и добавочные материалы: сера
266
и другие вулканизующие вещества, жирные кислоты, сосновая
смола, вещества, снижающие жесткость каучуков, окись магния
и окись цинка и др.
Бакелитовые связки изготовляют из порошкообраз-
ного бакелита (соединение новолачных смол с уротропином) или
жидкого бакелита (резональные емолы).
Новолачные смолы получают при избытке фенола
в соединении с формалином и при наличии кислотного катализа-
тора. Резональные смолы получают при избытке Форма-
лина в соединении с фенолом и при наличии щелочного катализа-
тора.
Из группы минеральных связок силикатная и магнезитовая
имеют ограниченное применение; они используются при изготов-
лении кругов для заточки широких ножей, для изготовления кру-
гов большого диаметра и др.
Рис. 181. Шлифовальные круги:
ПП—плоские прямого профиля; ПВД — плоские с двойной выточкой; ЧЦ — чашечно-
цилиндрические; 2Т— тарельчатые; ЧК— чашечно-конические; Д — дисковые
Шлифовальные круги. Форма и размеры. Круги изго-
товляют разной формы и размеров; формы отдельных кругов
даны на рис. 181. Кроме шлифовальных кругов в производстве
изготовляют: а) шлифовальные головки, которые используются
для обработки фасонных поверхностей; б) шлифовальные бру-
ски, применяющиеся для ручных работ и отделочных головок;
в) шлифовальные сегменты, служащие для изготовления набор-
ных (составных) кругов.
Твердость и структура шлифовальных кругов. Под твер-
достью шлифовального круга понимается сопротивляемость связ-
ки вырыванию зерен с поверхности инструмента под влиянием
внешних усилий, возникающих при резании. По твердости круг
разделяют на классы: 1) чрезвычайно мягкие (ЧМЬ ЧМ2);
2) весьма мягкие (ВМЬ ВМ2); 3) мягкие (Mi, М2, М3); 4) средне-
мягкие (СМЬ СМ2); 5) средние (Сь С2); 6) среднетвердые. (СТЬ
СТ2, СТ3); 7) твердые (Ть Т2); 8) весьма твердые (ВТЬ ВТ2);
9) чрезвычайно твердые (ЧТЬ ЧТ2).
При изготовлении шлифовальных кругов, брусков и т. п.
267
между абразивными зернами и связкой остаются поры. Они не-
обходимы для размещения стружки, снимаемой режущими зер-
нами с обрабатываемого материала. Под влиянием центробеж-
ной силы стружка удаляетоя со шлифовального круга.
Под структурой шлифовального круга понимают количествен-
ное соотношение между зернами, связкой и порами. Структуры
делятся на группы: 1) мелкие поры — 4 и 5-й структуры (круги
для наружного круглого шлифования); 2) средние поры —
Рис. 182. Правка шлифовальных
кругов:
а — правка алмазов, закрепленных в стер’
жне Л; б—правка наборной шарошкой;
в — правка шлифовальными кругами
6-й структуры (круги для внутреннего круглого шлифования);
3) крупные поры — 7 и 8-й структуры (круги для плоского шли-
фования); 4) весьма крупные, поры — 9—10, 11 и 12-й структуры
(круги для отрезания и прорезания).
Самозатачиваемость и засаливание. Связка должна удержи-
вать зерна лишь до момента их затупления; затупившиеся зерна
под действием возросших сил выкрашиваются — это и есть
самозатачиваемость кругов. В работу вступают новые
острые зерна, и процесс последовательно повторяется. С другой
стороны, если затупившиеся зерна продолжают удерживаться
кругом, между ними налипает стружка, круг перестает резать;
268
и правка кругов. По требованиям
Рис. 183. Крепление шлифовального
круга
возможно появление прижогов, поверхность деталей становится
менее чистой, круг засаливается и подлежит правке. Чем
тверже обрабатываемый материал, тем быстрее затупляются зер-
на, тем быстрее они должны выкрашиваться, а следовательно,
тем мягче должен быть круг.
Испытание, балансировка
техники безопасности круги
подвергают испытанию.
Круг предварительно испы-
тывают со скоростью на
50% больше эксплуатацион-
ной в течение не менее
5 мин.
Балансировку кру-
гов проводят на специаль-
ном приспособлении; отба-
лансированный круг рабо-
тает более равномерно, мень-
ше. изнашивается его шпин-
дель.
Правку кругов произ-
водят с целью выравнивания
их формы и удаления с по-
верхности затупившихся зе-
рен; особенно необходима
правка засаленных кругов.
Правку производят: а)
алмазами в виде кристаллов,
закрепленных в металличе-
ском стержне Л (рис. 182, а), или алмазной крошкой, цементован-
ной сплавом вольфрама, меди и алюминия в форме цилиндриков,
закрепляемых в подобном же металлическом стержне А; б) цель-
ными или наборными шарошками, состоящими из штампованных
волнистых и плоских закаленных дисков А диаметром до 90 мм
(рис. 182,6); в) правящими шлифовальными кругами Л, которые
берут более мелкозернистыми и более твердыми (рис. 182, в), чем
выправляемые.
Последние д.ва способа правки являются заменителями алма-
за; правку алмазами стремятся ограничить с целью экономии
алмазов.
Крепление кругов. Оно производится разными способами. На
рис, 183 шлифовальный круг закрепляется между зажимными
дисками 2—2 с установкой прокладок 1—1 из картона, кожи,
резины. Диски 2—2 стягивают гайкой 3 и контргайкой 4, навин-
ченными на винт 5.
Выбор шлифовальных кругов. Твердые материалы — сталь,
закаленная сталь, твердые сплавы и т. п. — приходится шлифо-
вать мягкими кругами, самозатачивающимися при затуплении
10—1468 269
зерен. Вязкие материалы (красная медь и пр.) сильно засали-
вают поверхность круга, особенно твердого, поэтому их прихо-
дится шлифовать очень мягкими кругами.
Мягкие и не слишком вязкие материалы шлифуют твердыми
кругами, так как режущие свойства их зерен сохраняются ДО'-
всльно долго; твердые круги работают в таких случаях без прав-
ки в течение продолжительного времени.
Разновидности шлифовальных станков
Круглошлифовальные, станки бывают простые,
универсальные, врезные, бесцентровые.
Внутришлифовальные станки бывают простые,
планетарные, бесцентровые.
J1 лос ко ш л и фо в а л ьн ые станки бывают с прямо-
ff)
Рис. 184. Круглошлифовальный станок модели 3151:
а — общий вид; б — схема работы на станке
270
угольным столом, с круглым столом, с неподвижным столом, не-
прерывного действия.
Специальные шлифовальные станки бывают
зубошлифовальные, резьбошлифовальные, для шлицевых деталей,
копировально-шлифовальные и др.
Заточные станки бывают точильные, специальные для
каждого вида инструмента, универсальные, для твердых сплавов.
Круглошлифовальиый станок. На рис. 184 показан станок
модели 3151; он предназначен для шлифования наружных ци-
линдрических, конусных и фасонных поверхностей деталей.
Обрабатываемая заготовка (валик) 1 устанавливается в цент-
ры передней 2 и задней 3 бабок и вращается со скоростью до
рл=20—30 м!мин (круговая подача). Шлифующий круг вместе
со шпинделем, на котором он закреплен, получает вращение от
электродвигателя, установленного на шлифовальной бабке 6,
и вращается со скоростью vK =35 м!сек в ту же сторону, что и
заготовка.
Рис. 185. Схемы шлифовальных работ:
а — на бесцентрово-шлифовальном станке; б — на внутри шлифовальном станке
Для шлифования валика на нужную длину стол 7 движется
со скоростью ист по направляющим станины 5. Вместе с нижним
столом 7 перемещается верхний стол 8 и закрепленные на нем
передняя и задняя бабки с изделием. Длина хода стола регули-
руется упорами 9 и 10, перемещающимися в пазах нижнего сто-
ла 7. Верхний стол 8 может устанавливаться под углом относи-
тельно нижнего стола 7, что необходимо для шлифования кону-
сов. Шлифовальная бабка 6 вместе с шлифующим кругом полу-
чает периодическую поперечную подачу на глубину резания после
каждого двойного хода стола.
Бесцентровое шлифование. Бесцентрово-шлифовальные стан-
ки имеют два круга — шлифующий 1 и подающий 2 (рис. 185, а).
Обрабатываемая заготовка 3 устанавливается на нож 4 и полу-
чает вращение от подающего круга со скоростью vn. Осевая по-
дача изделия достигается за счет поворота оси подающего круга
на угол а от 1 ДО' 7° по отношению к оси изделия. Шлифующий
круг вращается со скоростью vK=30 м!сек, а подающий круг —
10* 271
со скоростью v„ = 15—20 mImuh. Подача на глубину шлифования
осуществляется подающим кругом.
Внутреннее шлифование. Внутреннее шлифование осуще-
ствляется на внутришлифовальных станках по схеме, данной на
рис. 185, б. Заготовка 1 закрепляется в патроне 2, навинченном
Рис. 186. Общий вид плоско-шлнфоваль-
пого стайка модели СК-371
на шпиндель бабки, и
вращается в направле-
нии стрелки. Шлифую-
щий круг 3 устанавли-
вается на особом шпин-
деле 4, закрепляемом
на суппорте станка, и
вместе с ним получает
вращение и продоль-
ную, осевую, возврат-
но-поступательного ха-
рактера подачу.
Плоскошлифоваль-
ный станок. На рис. 186
показан станок модели
СК-371. Он предназна-
чен для плоского шли-
фования периферией
круга деталей, устанав-
ливаемых на поверхно-
сти основного стола
или магнитной плиты.
Шлифовальный круг
получает вращение не-
посредственно от вала
электродвигателя. Шли-
фовальная бабка 1
имеет периодическую
поперечную подачу от
гидравлической передачи, соединенной с храповой передачей.
Вертикальное опускание круга для установки на глубину резания
осуществляется вручную от маховичка 3. Возвратно-поступатель-
ное движение стола 2 осуществляется посредством гидравлической
передачи, работающей от второго электродвигателя.
Плоское шлифование периферией круга (рис. 187, а). При
этом виде обработки детали 1 крепятся на магнитной плите 2, не-
подвижно соединенной со столом 3. Шлифовальный круг 4 осу-
ществляет главное вращательное движение и подачу на глубину
обработки. Стол имеет продольную и поперечную подачи. Пло-
ское шлифование торцом круга показано на рис. 187, б.
Точность обработки и чистота поверхности. Точность обра-
ботки при шлифовании достигает 2-го класса; чистота поверх-
ности— 10-го класса.
272
Пластина
(мягкое железо)
Рис. 187. Схема плоского шлифования:
а — периферией круга; б — торцем круга
§ 53* ОТДЕЛОЧНЫЕ РАБОТЫ
Под отделочными работами понимают виды обработки метал-
лов, обеспечивающие получение высшей точности и хорошего ка-
чества обработанных поверхностей.
Тонкое точение. Тонкое точение представляет собой отделоч-
ную обработку тел вращения резцами из алмазов или твердых
сплавов при высоких скоростях резания, малых подачах и ма-
лых глубинах резания. Алмазный резец состоит из металличе-
ского стержня и зерна (1 —1,25 кората) алмаза. Точность обра-
ботки— 1—2-й класс; чистота обработки — 7—9-й класс.
Развертывание. Развертывание — отделочная обработка от-
верстий развертками при малых окружных скоростях и глубинах
резания. Точность обработки — 2-й класс; чистота обработки —
7—9-й класс.
Протягивание. Протягивание — вид отделочной обработки
внутренних и наружных поверхностей протяжками при малых
скоростях резания и малых глубинах резания, снимаемых ка-
ждым зубом. Точность обработки — 2-й класс; чистота обра-
ботки— 6—10-й класс.
Тонкое фрезерование. Тонкое фрезерование представляет
собой отделочное, фрезерование фрезами с большой скоростью
при малых подачах и малых глубинах резания. Точность обра-
ботки— 2-й класс; чистота обработки — 7—9-й класс.
273
Тонкое строгание. Тонкое строгание — вид отделочного стро-
гания широкими резцами при больших подачах с малыми ско-
ростями и глубинами резания. Точность обработки — 3-й класс;
чистота обработки — 7—8-й класс.
Тонкое шлифование. Тонкое шлифование. — это отделочное
шлифование мелкозернистыми абразивными кругами. Точность
обработки—1—2-й класс; чистота обработки — 9—11-й класс.
Обкатывание роликом. Обкатывание роликом — отделочная
обработка внешних и внутренних поверхностей вращения путем
Рис. 188. Схемы обработки давящими инструментами
а — роликом, б — шариком
без снятия стружки:
пластического деформирования давящим инструментом (роли-
ком) без снятия стружки (рис. 188, а). Точность обработки —
2-й класс, чистота обработки — 7—11-й класс.
Калибрование шариком или оправкой. Калибрование — отде-
лочная обработка внутренних поверхностей вращения путем
пластического деформирования давящим инструментом (шари-
ком или оправкой) без снятия стружки (рис. 188, б). Точность
обработки—1 — 2-й класс; чистота обработки — 7—-11-й класс.
Притирка. Притирка представляет собой отделочную обра-
ботку поверхностей тел абразивными зернами и порошками. Для
притирки используют притиры мягкого' материала — чугун, бронзу
и другие материалы; на поверхность их наносится абразивный
порошок (так называемое шаржирование) и смазка (машинное
масло, керосин). В качестве абразивного материала используют
наждак, корунд, карборунд (зернистостью от 80 до 240), а для
притирки кромок инструментов — карбид бора (зернистостью от
80 до 320). Поверхность перед притиркой должна быть чисто
обработанной. Различают притирку предварительную и оконча-
тельную; притирка бывает ручной и механической. Припуск на
притирку дают не более 0,02 мм. Точность обработки — 1-й класс;
чистота обработки — 10—13-й класс.
Шлифование брусками (хонингование). Шлифование бруска-
ми, отделочная обработка цилиндрических отверстий. На рис.
189, а дана схема установки для хонингования.
274
Инструмент — доводочная головка (ХОН) представ-
ляет собой металлическую головку (рис. 189, б) с расположен-
ными вдоль образующих шлифовальными брусками (чаще всего
в количестве 6,9 или 12 штук). Головка получает одновременно
вращательное и возвратно-поступательное движение внутри обра-
батываемого отверстия, причем бруски
автоматически раздвигаются. Различают
предварительную, окончательную и зер-
кальную доводки, которые отличаются
главным образом зернистостью брусков,
а также величиной припуска и отчасти ре-
жимами обработки.
При хонинговании применяют обиль-
0)
Рис. 189. Хонингование:
а —схема установки для хонингования; б — доводочная
головка (ХОН)
ное охлаждение (до 50 л/мин) эмульсией, керосином с 10%' ма-
шинного масла и другими жидкостями.
Схема простейшей доводочной головки с шестью брусками 1
дана на рис. 189, б. Головка 3 двухшарнирной оправкой соеди-
няется со шпинделем станка. К обрабатываемой поверхности
отверстия бруски 1 (из корунда или карборунда, зернистостью от
280 и до М5, на мягкой керамической связке), установленные
в обоймы 2, прижимаются через конусы 5 и планки 6 пружи-
ной 4.
Точность обработки — 1—2-й класс; чистота обработки —
9—13-й класс.
Тонкая доводка (суперфиниш). Тонкая доводка — отделоч-
ная обработка шлифовальными брусками, смонтированными в от-
делочных головках. Тонкой доводке подвергают цилиндрические
наружные и внутренние, а также конусные и плоские поверхности
275
деталей из сырой .и закаленной стали, а также из чугуна и цвет-
ных металлов и сплавов. Бруски изготовляют зернистостью от 320
и выше (т. е. берут микропорошки), при доводке они смачива-
ются керосином с маслом и прижимаются к обрабатываемой де-
тали с силой 0,05—0,5 кг.
Суперфиниш — процесс весьма производительный; при этом
способе удаляются
Рис 190. Дополнительные отделочные
работы:
а — схема работы при тонкой доводке (супер-
финиш); б — схема электрохимического метода
полирования
вальных станках быстро вращающимися
мельчайшие неров-
ности с поверхности
деталей.
В отделочной го-
ловке (рис. 190, а)
закрепляется два
шлифовальных брус-
ка; головке сооб-
щается возвратно-
поступательное дви-
жение 2 с числом
колебаний до 1500 в
минуту.
Деталь получает
вращение по стрел-
ке /.
Точность обра-
ботки — 1-й класс;
чистота обработки—
10—14-й класс.
Полирование. По-
лирование — отде-
лочная операция для
придания блеска и
высокой чистоты по-
верхности; выпол-
няется на полиро-
щкими кругами, лен-
тами и др., на поверхность которых нанесены полировальные па-
сгы. Полировальные круги изготовляют из войлока, прессованной
бумаги, резины и кожи. Пастами служат крокус, окись хрома и
венская известь, причем последняя является наилучшей. Поли-
рование проводят абразивными веществами в несколько после-
довательных переходов: а) черновая обработка (зернистость
60—80), б) сухая чистовая обработка (зернистость 100—120),
в) просаливание (зернистость 150—180), г) наведение глянца
!(зернистость 220—240), д) зеркальное полирование (пастами).
Полирование применяют в качестве окончательной декоративной
отделки; оно является также подготовительной операцией перед
никелированием, хромированием и другими гальваническими по-
крытиями.
276
Точность обработки при полировании — 1—2-й класс; чисто-
та— 9—12-й класс.
При электрохимическом методе полирования металлов верхуш-
ки неровностей (поляризационная пленка) на поверхности детали
удаляются силами электрического поля. Этим методом полируют
сталь, медь, латунь и другие металлы. Особенно хорошо поли-
руется нержавеющая сталь. Отполированная поверхность дает
высокую отражательную способность — так называемый анод-
ный блеск, и при 2500-кратном увеличении на ней не замечается
каких-либо царапин.
Полный процесс полироваиия состоит из предварительного
шлифования, химического травления, полирования электрохими-
ческим способом, промывки и сушки.
На рис. 190, б дана схема электрохимического метода полиро-
вания: J — силовые линии, 2— поляризационный слой (разру-
шенный слой, т. е. пленка), 3 — электролит. Электролитный со-
став и режим обработки должны обеспечивать разрыв поляриза-
ционной пленки только на гребешках (выступах на детали D), где
силовые линии более сконцентрированы.
Глава XII
СЛЕСАРНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
§ 54. СЛЕСАРНЫЕ РАБОТЫ
Слесарной обработкой называют обработку металлов вручную
с помощью слесарных инструментов.
На различных заводах и в разных цехах одного завода
имеется большое разнообразие слесарных работ, в соответствии
с чем слесари специализируются в той или иной области.
Различают слесарей по ремонту, выполняющих ремонт
машин и механизмов, слесарей по монтажу, выполняю-
щих сборку, установку и разборку (монтаж и демонтаж) машин
и сооружений, с л е с а р е й - с б о р щ и к о в, выполняющих при-
гонку деталей машин и сборку их в механизмы и машины, сле-
сарей-инструментальщиков, выполняющих изготов-
ление и сборку всевозможных инструментов и приспособлений,
с л е с а р е й - л е к а л ь щ и к о в, выполняющих особо точные
разнообразные работы.
Рабочее место слесаря и оборудование. Рабочим местом сле-
саря называют часть площади цеха или мастерской, отведен-
ную рабочему-слесарю для выполнения производственного зада-
ния и оснащенную необходимым оборудованием, механизмами,
приспособлениями, инструментами и т. д.
Основным оборудованием рабочего места слесаря является
верстак 1 (рис. 191) с закрепленными на нем параллельными
тисками 2. Верстак снабжается предохранительной сеткой 3 и
имеет выдвижные ящики и шкафчики 4. Размеры верстака: дли-
277
на 1000—1500 мм, ширина 700—800 мм, высота 800—900 мм.
Верстаки бывают одноместные, двухместные и многоместные.
В зависимости от выполняемой работы на рабочем месте сле-
саря, кроме верстака, устанавливают дополнительное оборудова-
ние: стеллаж для укладки заготовок и готовых изделий, шкафчик
со специальными инструментами, приспособлениями и т. п.
Для закрепления за-
готовок применяют сле-
сарные стуловые и па-
раллельные тиски.
Стуловые тис-
ки (рис. 192, а) изго-
товляют из стали. Они
обладают большой
прочностью. Их приме-
няют при работах, со-
провождающихся силь-
ными ударами (рубка,
гибка).
Параллельные
тиски бывают пово-
ротными и неповорот-
ными, с подвижной пе-
редней или задней губ-
ками. Обрабатываемые
заготовки закрепляются
губками 1, 2 (рис.
192, б). На этом рисун-
ке показаны поворот-
ные параллельные
Рис. 191. Слесарный верстак ТИСКИ.
Чтобы не испортить
уже обработанной поверхности детали, ее зажимают в накладных
губках из латуни или из мягкой стали. Зажим мелких заготовок
производится ручными тисочками, которые в процессе обработки
заготовок держат в руках или закрепляют в слесарных тисках.
Несмотря на большое разнообразие работ, выполняемых сле-
сарями разных специальностей, основные слесарные работы в ос-
новном одни и те же, разница между ними состоит лишь в разно-
видности приемов и различной степени точности обработки
деталей.
Рассмотрим следующие основные слесарные работы, имею-
щие большое распространение: 1) разметку, 2) рубку, 3) правку
и гибку, 4) резку, 5) опиливание, 6) сверление, зенкерование И
развертывание, 7) нарезание резьбы, 8) клепку, 9) шабрение,
10) притирку, 11) лужение и паяние.
Разметка. Разметкой называется процесс нанесения на по-
верхности заготовки рисок (линий), необходимых для последую-
щи
щей обработки ее режущими инструментами. Различают контур-
ные, контрольные и вспомогательные риски.
Контурные риски накернивают, т. е. наносят на них на не-
больших расстояниях мелкие конические углубления, чтобы риски
были заметнее и сохранились при перекладке и транспортирова-
нии заготовок. При обработке резанием припуск удаляют на-
столько, чтобы на обработанной поверхности детали оставалась
половина накерненных углублений. Контурными рисками поль-
зуются при установке и выверке заготовок для обработки их на
металлорежущих- станках.
Контрольные риски наносят параллельно контурным, на ма-
лом расстоянии от них; по этим рискам проверяют правильное!в
установки и обработки, если исчезнут контурные риски.
Вспомогательные риски наносят для отсчета размеров при
разметке и установке заготовок на станке.
Разметку применяют при небольшом количестве обрабатывае-
мых заготовок- В массовом производстве обработку выполняют
без разметки на металлорежущих станках в приспособлениях,
обеспечивающих правильную установку заготовки и гарантирую-
щих получение размеров деталей в пределах установленных до-
пусков.
Оборудование и инструмент для разметки
Разметочная плита (рис. 193, а, б). На верхней рабо-
чей плоскости плиты устанавливают размечаемые заготовки и ра-
бочие и измерительные инструменты. Разметочная плита отли-
279
вается из серого чугуна, так как она не должна иметь прогиба.
Конструкции и размеры плит бывают разные: для крупных дета-
лей в прО5изводственных условиях (рис. 193, а) на кирпичной
кладке размерами до 6000X10 000 мм и для мелких деталей на
деревянной стойке (рис. 193, б) размерами 1200x1200 мм. Верх-
няя рабочая плоскость
разметочной плиты тща-
тельно обрабатывается
и устанавливается с по-
мощью ватерпаса стро-
го горизонтально. У
больших плит для пра-
вильной установки раз-
меточных ящиков и за-
готовок прострагивают-
ся неглубокие взаимно-
перпендикулярные про-
дольные и поперечные
канавки, образующие,
на верхней плоскости
плиты равные квадраты.
Для установки, вы-
верки и крепления за-
готовок применяют
п о д кл а д к и (рис.
194, а), призмы
(рис. 194, б), до мкр а-
тики (рис. 194, в),
разметочные
ящики (рис. 194, г),
разметочные ку-
бики (рис. 194, д).
При проведении рисок п накернивании их применяют: чер-
тилку (рис. 194, е), которой наносят риски по линейке, уголь-
нику или шаблону; рейсмус (рис. 194, ж), иглу 2 которого
устанавливают на требуемой высоте по масштабной линейке,
и острым концом иглы наносят риски, передвигая основание 1 по
плите в нужном направлении; разметочный циркуль
(рис. 194, з), которым наносят риски в виде окружностей, дуг и
откладывают размеры с помощью масштабной линейки; разме-
точный керн (рис. 194, и), которым наносят углубления на
рисках, как показано на рис. 194, к; эти углубления (керны) дол-
жны сохраняться до конца обработки заготовки.
При откладывании нужных размеров и проверке разметки
применяют: вертикальный масштаб (рис. 194, л) для
отсчета размеров и установки иглы рейсмуса на определенный
размер; ш т а н г ен р е й с м у с (рис. 194, м), которым пользуют-
ся для установки на размер и проведения рисок с большей точ-
280
Рис. 194. Разметочный инструмент об-
щего назначения
Рис. 194. (Продолжение): е—н.
ностью, чем рейсмусом; угольник (рис. 194, н) для проверки
установки заготовки перпендикулярно плоскости плиты и прове-
дения рисок в этой плоскости;' центроискатель (рис. 195, «)
для нахождения центров при разметке; малку и угломер
(рис. 195, б, в) для установки заготовок под углом и проведения
наклонных рисок.
Рис. 195. Разметочный инструмент для нахождения центра заготовки и
проведения наклонных рисок
Виды разметок. Разметку делят на плоскостную и объемную,
или пространственную.
Плоскостной разметкой называют такую разметку, при кото-
рой риски наносят в двух измерениях: по длине и ширине. Ее
применяют для разметки листового материала. При однотипной,
часто употребляемой разметке пользуются шаблонами.
При объемной, или пространственной, разметке риски наносят
в трех измерениях: по длине, ширине и высоте, изменяя положение
заготовки на разметочной плите.
В зависимости от технологического процесса обработки детали,
иногда разметку повторяют несколько раз, поскольку некоторые
линии приходится проводить после того, как часть поверхностей
уже обработана.
На рис. 196 приведены три основных способа пространствен-
ной разметки.
Первый способ (рис. 196, а). Разметка путем
установки заготовки в несколько положений с
последующей выверкой. Сначала (положение/) уста-
283
павливают заготовку / на разметочную плиту 2, пользуясь дом-
кратиками 3 (иногда, кроме этого, пользуются подкладками,
клиньями и т. д.), и выверяют ее положение иглой рейсмуса 4
так, чтобы точки ABCD заготовки находились на одной высоте
от плоской поверхности разметочной плиты. Затем иглой рейсмуса
проводят горизонтальные линии. Далее заготовку повертывают
на 90° (положение II), проверив перпендикулярность ее установки
относительно положения I по проведенным ранее рискам с по-
мощью угольника 5. В этом положении (II) наносят иглой
рейсмуса риски. Затем заготовку еще раз повертывают на 90° и
размечают в третьей плоскости.
Рис. 196. Приемы пространственной разметки
Второй способ (рис. 196, б). Разметка заготов-
ки с одной установки с помощью разметочных
ящиков. На разметочную плиту устанавливают два разметоч-
ных ящика 6 так, чтобы их плоскости образовали вместе с плитой
прямой трехгранный угол. Все горизонтальные риски на заготов-
ке наносят, проводя основание рейсмуса по разметочной плите,
а все вертикальные—от разметочных ящиков.
Третий способ. Разметка заготовок с по-
мощью разметочного кубика (рис. 196, s). В этом
случае заготовка 7 крепится к разметочному кубику 8 с по-
мощью прижимных планок 9, причем все три ее измерения совпа-
дают по направлению с гранями кубика и разметочной плиты.
Риски проводят рейсмусом при различных положениях кубика
284
(I, II и т. д.) на разметочной плите. Такой способ разметки при-
годен лишь для сравнительно небольших деталей сложной формы.
Рубка. Рубка есть процесс удаления припуска с заготовки или
разделения ее на части с помощью зубила и молотка. Для рубки
применяют зубила: широкие (рис. 197, а), узкие (крейцмейсели)
(рис. 197, б) и специальные. Зубила делают из углеродистой
инструментальной стали. В процессе рубки бойком молотка
(рис. 197, в) наносят удары нужной силы по головке зубила
(рис. 197, г), вследствие чего острый клинообразный конец зубила
внедряется в металл и срезает слой в виде стружки (рис. 197, б).
Заготовку для рубки закрепляют в стуловых или параллельных
(см. рис. 192, а) тисках; тяжелые и громоздкие заготовки обру-
баются без закрепления их. Рубкой можно разделять на части
листы, полосы, проволоку, срубать заклепки, прорубать канавки
и фигурные углубления, обрубать припуск по разметке и пр.
Режущая кромка зубила должна быть острой, ее необходимо
периодически затачивать, получая угол заострения |3 (угол заточ-
ки, рис. 197, е). Для рубки стали угол выдерживают равным
45—60°, для рубки чугуна — 60—75° и цветных металлов —
30—45°. В процессе рубки (рис. 197, е), кроме угла заострения 0,
различают задний угол а, передний угол у и угол установки
зубила 6. При заточке узкого зубила, помимо указанных углов,
необходимо делать угол поднутрения ф (рис. 192, ж). Если узкое
зубило не имеет угла поднутрения, то оно при рубке защемляет-
ся. Углы заточки рекомендуется проверять по шаблону.
Во время нанесения ударов по зубилу молоток нужно держать
свободно за конец рукоятки (длина рукоятки молотка
230-г-320 мм). Низкий и напряженный захват зубила не обеспе-
чивает устойчивого положения зубила и мешает следить за руб-
кой. Различают удары к и с т е в ы е, л о к т е в ы е и плечевые;
последние наносятся особенно сильно.
Различают рубку в тисках и на плите (навесную). Рубку в
тисках производят только в пределах ширины губок, во втором
случае производят вырубание заготовок из листового материала
зубилом со скругленным лезвием (рис. 197, з). Навесную рубку
ведут в три приема: легко подрубают металл по всему контуру
заготовки, повторно рубят по всему контуру заготовки при
сильных ударах молотка и затем, перевернув лист, легко надру-
бают по обозначившемуся контуру с другой стороны. После этого
заготовку можно перегибать около надруба, она обычно легко
разделяется на части. Тонкие листы до 3 мм рубке по обратной
стороне не подвергают. Точность размеров после рубки находится
в пределах 0,5-г- 1 мм.
При механизации рубки применяют рубильные молотки с
саморегулирующим поршнем (рис. 197, и) или с золотниковым
воздухораспрсделеиием. Сжатый воздух под давлением 5 -г- 6 атм.
285
Итак ' Глазок боёк
I
1-е положение (перед ударом) 2-* положение (перед ударом)
поступая по каналу 1, кольцевому пространству 4 и каналу 2,
перемещает поршень 5 влево, осуществляя рабочий ход. Пор-
шень 5 в конце рабочего хода перекрывает канал 2 и выпускное
окно 6, открывает канал 7 и выпускное окно 3. Вследствие этого
сжатый воздух начнет поступать по каналу 7, производя обрат-
ный ход поршня.
За'вод «Пневматика» выпускает рубильные молотки с числом
ударов в минуту от 1000 до 2400 и с длиной хода зубила до
139 мм.
Правка. Применяется для устранения искривлений и
выпуклых мест на листовом или прутковом материале.
Рис. 198. Правка и гибка изделий
Тонкие листы из жести, алюминия, красной меди, латуни и
других мягких металлов рекомендуется править деревянными
молотками на плите (рис. 198, а). Лист выравнивают в такой
последовательности: сначала удары молотком наносят на равном
расстоянии друг от друга, начиная с одного края листа, в на-
правлении выпучины, затем — в таком же порядке с противопо-
ложного края листа. При нанесении ударов от края к месту
выпучины силу их постепенно ослабляют, а места ударов рас-
полагают ближе один к другому (рис. 198, а); такой прием
обеспечивает быстрое и более надежное устранение выпучины на
листе. Удары молотком по листу наносят центральной частью
бойка, так как удары боковой частью могут повредить лист.
При правке пруткового материала пользуются прямоугольной
287
Плитой с вырезом такой же формы. Эго Дает возможность распо-
лагать места опор выправляемого прутка в пределах его длины.
Для механизации правки проката в настоящее время широкое
применение имеют прессы и правильно-калибровочные станки,
обеспечивающие точность правки, т. е. получение прямизны про-
ката до 0,1—0,2 мм на длине 1 м.
Гибка. Гибка металлических листов и пруткового проката
производится после правки.
Для гибки листа под нужный угол прочерчивают линию по
месту сгиба и зажимают лист в наклонных губках параллельных
тисков. Затем равномерными ударами деревянного молотка
(рис. 198, б) загибают конец листа до требуемого положения; при
этом деревянный молоток не расплющивает и не портит заготов-
ки. Внутренние острые углы образуются осторожными ударами
стального молотка (рис. 198, в) после гибки деревянным
молотком.
Слесарные работы занимают большое место при изготовлении
трубопроводов для воды, пара, газа. При этом самой трудоемкой
работой является гибка труб по требуемому радиусу. Чтобы не
изменилась внутренняя форма трубы, ее наполняют просушенным
речным песком, канифолью, свинцом, после чего производят гиб-
ку без нагрева.
Для ускорения процесса гибки широко применяют различные
приспособления. Приспособление для гибки труб в холодном
состоянии по кривой большого радиуса показано на рис. 198, <5.
Здесь конец трубы 1 захватывается и удерживается скобой 2,
после чего труба изгибается.
На рис. 198, е изображено приспособление, состоящее из не-
подвижной плиты /, поводка 2, хомута 3, нажимного ролика 4,
гибочного ролика 6, поворотной плиты 5, упора для трубы 7,
удерживающего ее от перемещения вдоль оси. Поворачивая пли-
ту 5, производят изгиб трубы по заданному радиусу. Радиус
изгиба зависит от радиуса гибочного ролика 6. Чем больше
радиус гибочного ролика, тем больший радиус изгиба можно по-
лучить на трубе. Наиболее производительна гибка труб с по-
мощью специальных станков.
Резка. Резка ручными ножницами тонкого листового материа-
ла 2 показана на рис. 199, а. Шарнир 3 ножниц расположен так,
что при сжатии больших плеч 1 на коротких плечах 4 создается
значительно большее усилие (в 5—8 раз), чем на больших пле-
чах /, и тем самым облегчается разрезание.
На рычажных ножницах (рис. 199, б) нож / — неподвижный,
нож 2 — подвижный. Двойная рычажная система (ножа 2 и ры-
чага 3) позволяет еще больше увеличить усилие и разрезать
листы толщиной до 6 мм.
На рис. 199, в показана раздвижная ручная ножовка. Она
используется для разрезания проката и толстого листового мате-
риала. Ножовочное полотно 1, закрепляемое в рамке 2, изготов-
288
ляется из стали, имеет мелкие зубья, разведенные в разные сто-
роны, и режет только при движении вперед от рабочего.
Резка труб осуществляется труборезом (рис. 199, г). Трубы
закрепляют в трубных прижимах. Резка производится тремя
закаленными и заточенными роликами 4. Через гайку 3 проходит
винт 2, который поворачивают рукояткой /. Винт 2 перемещает
ползун 5 и сближает режущие ролики 4.
Для ускорения процесса разрезки листового металла приме-
няют механизированные электрические ножни-
цы марки И-31 завода «Электроинструмент». Электроножни-
цы выполняют разрезку металла по прямолинейному и криволи-
нейному контуру. Наибольшая толщина разрезаемого электро-
ножницами И-31 стального листа — 2,7 мм, медного листа —
3,5 мм и алюминиевого — 4 мм.
Механизированную резку проката осуществляют с помощью
циркулярной механической пилы или ножовоч-
ного станка, схема которого показана на рис. 199, д. Заго-
товка 1 крепится в особых машинных тисках неподвижно, а но-
жовочное полотно 2 осуществляет прямолинейное движение впе-
ред и обратно от вращающегося кривошипного диска 4 посредст-
289
вом шатуна 3. При рабочем ходе ножовочного полотна вперед
груз прижимает рамку 5 и полотно 2 к разрезаемой заготовке,
а при обратном ходе, когда ножовочное полотно не режет, рам-
ка 5 вместе с полотном приподнимается специальным механиз-
мом, что позволяет уменьшить износ полотна.
Анодно-механический метод обработки. Метод анодно-меха-
нической обработки металлов был предложен инженером
В. Н. Гусевым в 1943 г. и нашел применение для разрезания
заготовок и затачивания режущих инструментов.
Рис. 200. Схема анодно-механической обработки металлов
Сущность процесса заключается в одновременном воздей-
ствии на обрабатываемый металл электрохимического (анодно-
го) растворения (расплавления) под действием тока и механи-
ческого воздействия.
На рис. 200, а показана принципиальная схема разрезания
металлов. Заготовка 1 закрепляется для разрезки в тисках или
в другом приспособлении стайка и соединяется с положительным
полюсом, а чугунный или стальной диск 2 (толщиной
0.8-ь 2 мм) —с отрицательным полюсом постоянного тока напря-
жением 10—ь30 в. Диск вращается со скоростью 15-ь 20 м/сек.
290
К месту резания через сопло 3 подается жидкость (жидкое
стекло, разбавленное водой), выполняющая роль электролита.
При прохождении тока через электролит частицы металла заго-
товки растворяются (электрохимическое анодное растворение)
пропорционально плотности тока. Растворение металла сопровож-
дается образованием на детали пленки, обладающей высоким
сопротивлением, вследствие чего прекращается прохождение тока.
Часть слоя пленки срывается за счет непрерывного нажатия
вращающегося диска-инструмента. Пленка срывается только с
вершин неровностей поверхности и остается во впадинах. Соот-
ветственно и ток протекает лишь через неровный слой поверх-
ности. При большой плотности тока вершины поверхностей на-
греваются и расплавляются. Расплавленные частицы выбрасы-
ваются вращающимся диском.
Производительность анодно-механического разрезания доста-
точно высокая. Например, на разрезку стального круглого про-
ката диаметром 20 мм требуется не более 0,5 мин. Подача диска
при этом составляет 40 мм/мин. Диск подается под действием
груза или пружины.
При затачивании режущих инструментов анодно-механическим
методом (рис. 200, б) обработку ведут торцовой поверхностью
чугунного или стального диска 3. Торцовая точно обработанная
поверхность диска снабжается спиральными канавками шириной
(1,5—2 мм) для рабочей жидкости. Диск вращается со скоростью
25—30 м/сек. Вал 2 перемещается в осевом направлении при
помощи пружины /, обеспечивая давление диска 3 на обрабаты-
ваемую поверхность затачиваемого инструмента 4. В электриче-
ской цепи предусматривается возможность регулирования режима
тока переключателями 5, 6 и реостатов 7?i, /?2, /?з, Rt соответст-
венно этапам затачивания: черновому, чистовому и отделочному.
При большой плотности тока процесс удаления металла при
заточке происходит так же быстро, как и при разрезании. Если
же плотность тока и напряжение невелики, то удаление металла
(заточка) происходит только в результате электрохимического
(анодного) растворения.
При доводочном режиме тока в одну минуту снимается слой
толщиной не более 0,03-е 0,05 мм; при этом получается высокая
чистота поверхности VVV8-T-WV9. Комбинирование анод-
но-механической заточки с процессом анодного растворения по-
зволяет получать чистоту до WW12.
Анодно-механический метод обработки имеет то преимущест-
во, что позволяет простым и дешевым инструментом-диском раз-
резать металлы независимо от их механических свойств. Разреза-
ние жаропрочных и нержавеющих сталей по этому методу в 2—•
3 раза производительнее, чем при механической разрезке. При
затачивании режущего инструмента с пластинами из твердого
сплава получается значительная экономия дорогих абразивных
кругов.
291
Опиливание. Опиливанием называют обработку поверхностей
заготовок напильниками.
Целью опиливания является устранение погрешностей преды-
дущей обработки и достижение необходимой точности размеров,
формы и чистоты поверхности.
Опиливание производят следующим образом: заготовку за-
крепляют в губках тисков, затем накладывают на нее напильник
(рис. 201, а) и перемещают его равномерно вперед. Режущие
зубцы напильника при этом движении срезают слой металла в
виде мелкой стружки. Количество снимаемого металла зависит от
остроты зубцов, их величины (рис. 201, б) и от усилия нажима.
Обратное движение делают без нажима, и металл при этом не
срезается.
Для получения ровной, плоской поверхности напильник во
время рабочего движения вперед должен находиться в строго
горизонтальном положении. Это достигается практикой опилива-
ния за счет того, что правая рука, продвигая напильник, усили-
вает нажим, а левая ослабляет его. Если оставить нажим рук
постоянным, то обрабатываемая поверхность получается неров-
ная, с завалом.
Составные части напильника показаны на рис. 201, в, а фор-
ма напильников—на рис. 201, г, д. На рис. 201, е приведены
случаи применения различных форм напильников.. Из рисунка
видно, что в зависимости от вида обрабатываемых поверхностей
применяются и различные формы напильников. Размеры напиль-
ников определены ГОСТ.
Насечку на напильниках делают одинарной, двойной
(рис. 201, ж), рашпильной (рис. 201, г). Одинарная насечка
делается на напильниках, применяемых для опиливания мягких
металлов. Основная форма насечек у напильников — двойная
(рис. 201, ж), при этом а = 75-ь 80°, а р = 40-ь 45° для более
мягких материалов и 55-ь 60° для более твердых материалов.
Напильники с рашпильной насечкой применяют при обработке
свинца, цинка, кожи, дерева и т. п.
По количеству зубьев, насеченных на 1 см длины, напильники
делят на 6 классов: 1-й класс-—драчевые с числом зубьев от 4
до 12; 2-й класс — личневые с числом зубьев от 13 до 24; 3, 4,
5 и 6-й классы — бархатные с числом зубьев от 30 до 80. Для
самой грубой обработки применяют напильники-брусовки квад-
ратного сечения, длиной 400-ь 500 мм, имеющие 4—5 зубьев на
1 см длины. Ими удаляют припуски до 3-ь4 мм. Средняя вели-
чина припуска при обработке драчевыми напильниками со-
ставляет 1 -ь2 льн, личневыми — 0,5 -Ы льи; бархатными —
0,1 -ь 0,2 мм.
В результате опиливания можно получить следующую точ-
ность обработки: после драчевых напильников — 0,1-ь0,2 мм;
личневых— 0,05-ь 0,1 мм, бархатных— 0,005-ь0,01 мм; соответ-
ственно чистоту поверхности — от 3-го класса (V3) драчевыми
292
Длина напильника
Рис 201. (Продолжение):
напильниками до 10-го класса (VVVV Ю) бархатными напиль-
никами.
Приемы опиливания оказывают большое влияние на произво-
дительность и точность обработки. Корпус работающего должен
находиться на расстоянии около 200 мм от тисков под углом 45°
к их оси (рис. 201, з). Левая нога должна быть выдвинута впе-
ред, правая отставлена назад. Напильник берут в правую руку
так, чтобы его ручка своей головкой упиралась в ладонь, боль-
шой палец находился сверху ручки, а остальные четыре пальца
поддерживали ее снизу (рис. 201, а). Левая рука накладывается
ладонью поперек напильника (рис. 201, а). Для снятия значи-
тельных припусков применяют хватку напильника, приведенную
на рис. 201, и; для снятия малых припусков — хватку, приведен-
ную на рис. 201, к.
Для лучшего выравнивания плоскости и уменьшения глубины
рисок (штрихов) следует периодически изменять направление
движения напильника; при этом получается перекрестный штрих.
Для получения долевого штриха параллельно ребрам заготовки
следует пользоваться приемом опиливания, изображенным на
рис. 201, л.
Контроль прямолинейности опиливаемой поверхности произво-
дится с помощью наложения на ее грани лекальной линейки
(рис. 202, б), или угольника (рис. 202, а). При этом просвет
должен быть равномерным на всей длине грани линейки или
угольника. Угольником проверяют также на просвет правиль-
ность опиливания поверхностей под прямым углом. Контроль на-
ружных и внутренних размеров при опиливании производится,
как правило, штангенциркулем (рис. 202, в), который представ-
ляет собой линейку с основной шкалой и губками 1, 2. По линей-
ке 6 может передвигаться рамка 5 с губками 3 и 9 и глубино-
мером 7. Закрепление рамки на штанге осуществляется винтом 4.
Отсчет размеров производится по основной шкале и нониусу,
представляющему собой вспомогательную шкалу, расположенную
на рамке и служащую для отсчета долей миллиметра.
В СССР стандартизированы штангенциркули с нониусами,
имеющими величину отсчета 0,1; 0,05 и 0,02 мм.
На рис. 202, г приведены основная шкала 1 и нониус 2 с ве-
личиной отсчета 0,1 мм в нулевом положении. Шкала этого
нониуса получена при делении 9 мм на 10 частей. Следовательно,
каждое деление будет иметь размер 0,9 мм, т. е. на 0,1 мм
меньше деления основной шкалы. Если передвигать нониус впра-
во от исходного положения, то прежде всего его первый штрих
совпадет со штрихом основной шкалы, при этом нулевое деление
нониуса переместится от нулевого деления основной шкалы на
0,1 мм. При дальнейшем движении нониуса со штрихами основ-
ной шкалы совпадут последовательно штрихи 2, 3, 4 и т. д. до 10,
при этом расстояние между нулевыми штрихами составит 0,2;
0,3; 0,4 мм и далее до 1,0 мм.
295
Для определения размера по штангенциркулю число целых
миллиметров нужно отсчитать по основной шкале до нулевого
штриха нониуса, а количество десятых долей миллиметра •— по
делению штриха шкалы, совпадающего со штрихом основной
шкалы. На рис. 202, д приведен размер 20,4 мм, а на рис. 202, е —
34,7 мм.
Из сказанного и рассмотренных примеров видно, что безраз-
лично, с каким штрихом основной шкалы совпадает штрих но-
ниуса. Это обстоятельство использовано при разметке шкалы но-
ниуса штангенциркуля, приведенного на рис. 202, в. Здесь длина
шкалы нониуса составляет не 9 мм, а
19 мм, что удобнее для отсчета, так как f=i
штрихи расположены не так тесно. Каж-
дое деление такого нониуса составляет
1,9 мм. Для получения нониуса с величи-
ной отсчета 0,05 мм делят 39 мм на 20
частей, тогда каждое деление нониуса бу-
дет состоять 1,95 мм. Для получения но-
ниуса с величинами отсчета 0,02 мм делят ~ 3*1
49 мм на 50 частей, тогда каждое деление____________U
нониуса будет 0,98 мм. °)
По ГОСТ штангенциркули изготовля-
ют различных размеров с пределами изме-
рений от 100 до 1000 мм.
Механизация опиливания
состоит в замене ручных опиловочных ра-
Двталь
Рис. 202. Поверочный и измерительный инструмент для опиливания
296
бот: 1) обработкой переносными электрическими или пневматиче-
скими машинами с абразивным кругом; 2) передвижными уста-
новками с гибким валом и ручной головкой с напильником или
абразивным кругом; 3) опиловочно-зачистными ставками с гиб-
ким валом.
В установке, показанной на рис. 203, б, для опиливания ис-
пользуют круглые напильники разной формы (рис. 203, г) или
абразивные круги. Круглый напильник (рис. 203, б) получает
вращение от электродвигателя 1, установленного на тележке 4
монорельса 3. через клиноременную передачу 2 и гибкий вал 5;
гильзу 7 с инструментом 6 рабочий удерживает рукой.
Переносные пневматические машины работают
сжатым воздухом под давлением 5—6 ат. По сравнению с элек-
трическими машинами подобного типа они более легки при оди-
наковой мощности, не боятся перегрузки, не нагреваются, более
безопасны для работающих, но обладают меньшим коэффициен-
том полезного действия. Абразивный круг (рис. 203, а) пневма-
тической машины заменяет ручной напильник.
Для отделки поверхности абразивным полотном после опили-
вания применяют переносную машину (рис. 203, в). Она имеет
два барабана 1 и 4, на которые натянуто абразивное полотно 5,
образующее бесконечную ленту. Один из барабанов является
ведущим и получает вращение от электродвигателя 2, второй ба-
рабан вращается абразивной лентой. Такая машина пригодна для
отделки больших открытых поверхностей. Перемещают машину с
помощью рукоятки 3.
Опплевочно-зачистной станок на тележке
(рис. 203, <Э) легко передвигается в любое место при помощи
ручки 3. С тележкой неподвижно скреплена стойка 2, на которой
установлена поворотная скоба 5, вращающаяся на подпятнике 1
вокруг вертикального пальца 4. Электродвигатель 6 прикреплен
к кронштейну 8 и может поворачиваться вместе с ним относитель-
но горизонтальной оси 7. Это вращение позволяет устанавливать
электродвигатель 6 в удобное положение при работе. Вращение
от электродвигателя передается четырехступенчатому шкиву 15, а
от него через ременную передачу ступенчатому шкиву 13. Нуж-
ное натяжение ремня достигается поворотом эксцентрикового
валика 9 и кронштейна 12 при отжатии рукояток 10 и 11. Пере-
дача движения к рабочему инструменту (напильнику, абразивно-
му кругу и т. п.) производится через гибкий вал, соединяемый с
наконечником 14.
С помощью этого станка выполняются работы по зачистке
поверхностей деталей стальной щеткой, абразивными кругами,
фрезами, напильниками. Для опиливания плоских поверхностей
К гибкому валу крепится специальная головка, преобразующая
вращательное движение в поступательное.
Сверление, зенкование и развертывание. Эти операции по
обработке отверстий производят с помощью дрелей или на свер-
297
Рис. 203. Устройства для механизации опиловочных
работ
лильных станках. Процессы сверления, рассверливания, зенке-
рования, развертывания и устройство соответствующих инстру-
ментов описаны в главе «Обработка металлов резанием».
Следует отметить, что такие работы, как сверление отвер-
стий малого диаметра у крупных деталей, сверление по месту
под контрольные штифты, сверление и развертывание в линию
после сборки для получения соосного расположения отверстий
и т. п., во многих случаях производятся не в механическом цехе,
а в сборочном. В сборочных и ремонтных цехах сверлильные
работы осуществляются с помощью переносных пневматических
или электрических сверлильных машин.
Переносные пневматичес к
машины применяются для сверления от-
верстий диаметром до 50 мм. Общий вид
простейшей пневматической машины при-
веден на рис. 204, а; она имеет нагруд-
ник 1, рукоятку для пуска и остановки
двигателя; сверло диаметром до 15 мм
крепится в патроне 2. Пневматические
а) б)
Рис. 204. Пневматическая и электрическая сверлильные
машины (дрели)
сверлильные машины с ротационным двигателем вращают свер-
ло с числом оборотов до 2000 в минуту.
Переносные электрические сверлильные ма-
шины (электродрели) применяют для сверления отверстий диа-
метром до 50 мм. В эксплуатации они экономичнее пневматиче-
ских, но обладают большим весом и чувствительны к перегрузкам
и перегреву. На электросверлилке с нагрудником (рис. 204, б)
сверлят отверстия диаметром 10—25 мм. Крепление инструмента
производится с помощью патрона, навертываемого на шпиндель.
Электрическая сверлильная машина, получаю-
щая вращение от передвижного электродвигателя через гибкий
вал 1, изображена на рис. 204, в. Закрепление сверла 4 произво-
дится на конусе непосредственно в хвостовике гибкого вала 1 или
посредством самоцентрирующего патрона 3. В процессе работы
рабочий обеими руками держит рукоятки 2 и давит вниз, произ-
водя сверление.
299
Электроискровой метод обработки металлов. Электроискро-
вой метод обработки металлов (изобретенный Б. Р. и Н. И. Ла-
заренко) применяют преимущественно для прошивки неглубоких
отверстий, изготовления штампов, упрочнения поверхности ин-
струментов, извлечения из отверстий сломанных сверл, метчиков
и других подобных инструментов, а также заточки твердосплав-
ных пластинок. Обработке подвергают закаленные стали, твердые
сплавы и другие весьма твердые материалы, которые не могут
быть обработаны обычными режущими инструментами.
Этот метод основан на явлении эрозии (разрушении) металла
под действием электрических искровых разрядов.
Сущность электроискрового метода состоит в следующем: два
металлических электрода И (инструмент) и Д (деталь) (рис.
205, а, б), находящиеся под током, сближают, пока они не до-
стигнут расстояния пробивного зазора. Под действием электриче-
ского поля происходит п)>обой этого зазора. Вначале единичные
электроны Э вырываются с наиболее выступающих неровностей
катода И, устремляясь к аноду (обрабатываемой детали Д), и,
достигнув его, образуют канал, проводящий ток, окруженный
ионами. Затем по этому проводящем)’ каналу проходит вся элек-
троэнергия, запасенная электроконденсатором, и под действием
большой мощности происходит разрушение анода — обрабатывае-
мой детали, от которой отрываются частицы металла с большой
скоростью.
Искровой разряд должен протекать в жидкой среде, что объ-
ясняется следующими соображениями:
1. Жидкая среда преграждает путь выбрасываемым из анода
частицам металла и защищает инструмент (катод) от отложения
на нем этих частиц. Тем самым инструмент предохраняется от
искажения формы.
2. Жидкая среда повышает переходное сопротивление иокра-
металл, увеличивая разрушающее действие искрового импульса.
3. Порошок металла, образующийся в процессе обработки,
частично остается взвешенным в жидкой среде и, втягиваясь
электрическим полем в межэлектродное пространство, позволяет
значительно увеличивать рабочий зазор между электродами.
При обработке отверстий электрическим способом можно по-
лучить любую форму их в зависимости от формы инструмента
(рис. 205, б).
Принципиальная схема станка для электроискровой обра-
ботки представлена на рис. 205, в, конструктивная схема — на
рис. 205, г. Источником тока служит генератор мощностью
8—10 кет, с напряжением 220 в. Ток, проходя через переменное
сопротивление, поступает в конденсатор С и далее в разрядный
контур, в котором при сближении электродов возникает электри-
ческая искра. Инструмент 3 закрепляется в приспособлении на
нижнем конце шпинделя. Обрабатываемая деталь 1 помещается
в изолированную ванночку 2, заполненную жидкостью (керосин
300

или масло). Требуемый режим обработки устанавливают путем
изменения величины и емкости в контуре. Шпиндель с электро
дом-инструментом в процессе обработки подается автоматически
при помощи специального реле, включенного в питающую цепь и
отрегулированного на величину рабочего тока.
Искровой разряд характеризуется следующими данными:
время разряда — одна миллионная секунды; температура канала
6000—10 000°; площадь поражения—1 лш2; мгновенная плот-
ность тока в канале больше 10 000 п/лш2 (ампер на одном квад-
ратном миллиметре).
Обработку электроискровым способом производят на различ-
ных режимах; черновом, чистовом и отделочном, характеризуемых
напряжением, силой тока и емкостью.
Инструмент, находящийся под током, большей частью изго-
товляют из латуни, реже из красной меди и медно-графитовой
массы.
В результате обработки отклонение колеблется в пределах от
0,015—-0,02 до 0,6—0,8 мм независимо от величины отверстия.
Эта величина определяется зазором между стенками и инстру-
ментом. Величина зазора на сторону в среднем достигает при
черновом режиме обработки 0,5—0,6 мм, при чистовом — 0,03—
0,06 мм.
В процессе обработки рабочий конец катода-инструмента
сильно изнашивается и становится коническим, поэтому и отвер-
стия, особенно глубокие, получаются слегка коническими. Угол
наклона образующей конуса при работе на черновом режиме
в среднем достигает 1°30', на отделочном 0°30'.
Чистота обработанной поверхности электроискровым способом
определяется наличием лунок на месте удаленного металла. На
величину лунок влияет режим обработки; в среднем при черно-
вом режиме поверхности эта величина соответствует 3—4-му
классу чистоты по ГОСТ, при чистовом режиме — 4—5-му классу,
а при отделочном — 5—7-му классу.
К числу недостатков электроискрового способа обработки от-
носится малая производительность, трудность получения высокой
чистоты поверхности и большой износ инструмента.
Обработка материалов с помощью ультразвуковых колеба-
ний. Этим методом обрабатывают хрупкие материалы и твердые
металлы; он основан на ударном воздействии абразивных частиц
под действием ультразвуковых колебаний магнитострикционного
вибратора, схема установки которого изображена на рис. 206, а.
Сердечник 5 вибратора представляет собой сплошной или по-
лый стержень, на котором имеется обмотка 10, находящаяся под
переменным током нужной частоты. Под действием постоянных
магнитов 4, питающихся от селенового выпрямителя 3, образуется
магнитное поле, в котором сердечник 5 из никелевых отожженных
листов уменьшается по длине, а при снятии магнитного поля вос-
станавливает первоначальный размер. Это свойство некоторых
302
металлов (железа, кобальта, никеля и их сплавов), называемое
магнитострикцией, использовано для получения ультра-
звуковых колебаний с частотой от 16000 до 25 000 в секунду.
Таким образом, электрическая энергия от сети через генератор 2,
усилитель 1, выпрямитель 3, вибратор 5, конусный трансформа-
тор 6 преобразуется в механическую энергию колебания инстру-
мента 7 с амплитудой от 9 до 100 микрон. Под инструмент 7 по
особому шлангу 8 подается жидкость, в которой находятся ча-
стицы абразива во взвешенном состоянии.
Под действием ультразвуковых колебаний происходит ускоре-
ние движения частиц жидкости и абразива, достигающее вели-
11* 303
чины сотен тысяч и даже миллионов g (g=9,81 м/сек). В резуль-
тате частицы абразива с большой силой, превосходящей в не-
сколько тысяч раз их собственный вес, ударяют в обрабатывае-
мый материал 9 и удаляют из него мельчайшие пылинки. Так как
число частиц абразива, находящихся в работе, огромно и каждая
из них совершает от 20 000 до 25 000 ударов в секунду, то про-
цесс идет довольно быстро. Например, в стекле квадратное отвер-
стие размером 6x6 мм и глубиной 6 мм может быть сделано при-
близительно за одну минуту.
При помощи ультразвуковых установок можно обрабатывать
сверхтвердые сплавы, драгоценные камни, стекло, закаленные
стали, т. е. материалы, обладающие большой хрупкостью. Пла-
стичные материалы ультразвуковым способом не обрабатываются,
так как абразивные частицы остаются в обрабатываемом мате-
риале.
Этот метод обработки наиболее эффективно применяется для
получения необходимой геометрии режущего инструмента из
сверхтвердых сплавов и керамики, для обработки отверстий в ру-
бинах, сапфирах, агатах, для изготовления алмазных фильер
(особенно фасонных), пуансонов, матриц, очень точных миниа-
тюрных изоляторов и т. п.
На рис. 206, б показаны инструменты различной формы и со-
ответствующие им отверстия после обработки.
Преимуществом этого метода является неизменяемость струк-
туры обрабатываемого материала от механических усилий и тем-
пературных колебаний.
Внешний вид станка для обработки хрупких материалов с по-
мощью ультразвуковых колебаний показан на рис. 206, в. Основ-
ными частями станка являются:
а) шкаф, в котором помещается специальный генератор высо-
кой частоты (мощность 1-:-3 кет);
б) станина, подобная станине вертикально-сверлильного
станка;
в) насос с баком для масла, смешанного с абразивом.
Вместо коробки скоростей на станке установлена головка, за-
ключающая в себе магнитостриктор, в котором крепится соответ-
ствующий инструмент. Магнитостриктор можно поднимать и опу-
скать вручную или автоматически. Станок имеет стол, установ-
ленный в нужном положении. Стол можно перемещать в двух
взаимно-перпендикулярных направлениях, благодаря чему обраба-
тываемое изделие может быть установлено в любом положении
под инструментом.
Подача инструмента зависит от обрабатываемого материала.
Ниже приводятся данные о величине подачи в минуту при обра-
ботке материалов:
Стекло, кварц •— 7,5 -4- 12 мм/мин
Керамические материалы — 0,75 мм/мин
Твердые сплавы — 0,25 4- 0,4 мм/мин
Закаленные стали —0, 5-.- 0,75 мм/мин
304
Точность размеров отверстий, обработанных ультразвуковым
методом, можно получить от 0,005 мм до 0,08 мм; чистоту обра-
ботки до VVV 9 класса по ГОСТ 2789—51.
Нарезание резьбы. На рис. 207 показаны однозаходная пра-
вая, треугольного профиля резьба и элементы этой резьбы: S —•
Рис. 207. Элементы резьбы
шаг, dcp — средний диаметр, d0 — наружный диаметр, db —внут-
ренний диаметр, е — угол профиля.
Нарезание резьбы на стержнях (болтах, винтах) производится
плашками круглыми (рис. 208, а) и призматическими разрезными
Рис. 208. Инструмент для нарезания резьбы
305
(рис. 208, б). Круглые плашки образуют резьбу за одни проход.
Призматические плашки состоят из двух половинок; при работе
их постепенно сближают, благодаря чему полный профиль обра-
зуется за несколько проходов.
Нарезание резьбы в отверстиях выполняют метчиками (рис.
208, в, г, д). Затылование зубьев (рис. 208,-в) метчиков облегчает
процесс резания. Обычно метчики применяют комплектом. На
рис. 208, г дан комплект из трех метчиков. Первый (черновой)
метчик снимает 70% профиля резьбы; второй (средний) — 20%;
третий (чистовой) —10%. Только третий метчик имеет резьбу
полного профиля. Заборная часть метчика lt (рис. 208, в, г) —
наибольшая у первого метчика и наименьшая /3 — у третьего мет-
чика. Гаечные метчики (рис. 208, б) нарезают резьбу в один про-
ход. Они имеют большую длину и совмещают профили резьбы
чернового, среднего и чистового метчиков. Метчики изготовляют
с хвостовиками, имеющими на конце квадрат. Диаметры сверл
для отверстий под резьбу берут по справочным таблицам.
--—||hF -----------------
а)
Ряс. 209. Воротки клупп
Метчики вращают воротками с квадратными отверстиями
'(рис. 209, а), круглые плашки — воротками с круглыми отвер-
стиями, изображенными на рис. 209, б, призматические плашки —
клуппами (рис. 209, в). Вращение выполняют в такой последова-
тельности: сначала на 3/4 оборота вперед, затем на пол-оборота
назад (для удаления стружки) и так непрерывно до полного на-
резания резьбы.
Клепка. Процесс соединения листов посредством заклепок на-
зывают клепанием или клепкой. Сущность этого процесса состоит
в том, что нагретую заготовку 3 (рис. 210, а) вводят цилиндриче-
ским стержнем в заранее подготовленное отверстие склепывае-
мых деталей и под головку устанавливают поддержку 4. Затем
ударами молотка 1 по головке натяжки 2 осаживают соединяе-
мые листы для устранения зазора (рис. 210, б); окончательную
обработку заклепки производят с помощью обжимки. В после-
306
дующем для получения герметичности шва производят инструмен-
том-чеканкой процесс чеканки (рис. 210, в), т. е. такое уплотне-
ние соединяемых листов, которое исключает прохождение жид-
кости или газа через соединение шва.
Заклепки применяют разной формы (рис. 210, г) и производят
их из различных материалов (стали, меди, латуни и т. д.).
Различают следующие виды заклепочных швов: внахлестку
(рис. 210, д), в стык с одной или двумя накладками (рис. 210, е)
и др.
Механизация клепальных работ осуществляется
применением клепальных молотков и клепальных машин. Пнев-
матические молотки завода «Пневматика» дают от 1700 до 4500
ударов в минуту. Пневматический молоток, описанный при рас-
смотрении рубки (рис. 195, и), может применяться также и для
клепки.
307
На рис. 210, ж показана пневматическая клепальная машина
прямого действия, в которой усилие на обжимку передается непо-
средственно от поршня пневматического цилиндра.
Шабрение. Шабрение есть процесс снятия стружки с обраба-
тываемой заготовки инструментом — шабером. Шабрение яв-
ляется весьма трудоемкой операцией, требующей квалифициро-
ванной рабочей силы. Сущность шабрения заключается в снятии
с выпуклых мест обрабатываемой поверхности тонких слоев ме-
талла. За один ход шабера снимают слой металла толщиной до
0,005 мм.
Шаберы бывают плоские (рис. 211, а) прямые, ото-
гнутые, двусторонние, трех трапные (рис. 211, б)
и специальные язычковые.
Материалом для шаберов служит инструментальная углероди-
стая сталь, которую закаливают для получения высокой твер-
дости. После закалки шабер затачивают на абразивном круге,
а затем «доводят» на оселке с маслом для получения ровного
острого лезвия. При заточке и доводке выдерживают угол за-
острения (рис. 211, в) р = 70-г-80о (грубое шабрение), (5 = 90°
(чистовое шабрение) и р=100° (отделочное шабрение).
При увеличении твердости материала заготовки рабочая часть
шабера делается меньше, а радиус закругления больше.
В процессе работы шабер держат правой рукой за ручку,
а левой рукой нажимают на него (рис. 211, г) и коротким движе-
нием снимают стружку с обрабатываемой поверхности. Рабочее
движение плоским шабером делают вперед, трехгранным шабе-
ром— вбок (рис. 211, (3). Для увеличения точности и производи-
тельности шабрение проводят в перекрестном направлении.
Шабрение выполняют в такой последовательности: повероч-
ную плиту (рис. 211, е) размерами от 100 X 150 мм до 600 X
iX 1000 мм покрывают тонким равномерным слоем краски (бер-
линской лазурью, голландской сажей, тушью и т. п.); наклады-
вают заготовку на плиту или наоборот и легким перемещением их
закрашивают выступающие участки на обрабатываемой поверх-
ности заготовки, затем снимают шабером металл с выступающих
закрашенных мест. Этот процесс повторяют несколько раз, пока
вся поверхность шабрения не покроется равномерными пятнами
краски. Для проверки точности шабрения длинных и узких пло-
скостей применяют поверочные линейки (рис. 211, ж).
Результаты шабрения оцениваются количеством окрашенных
пятен, приходящихся на площади наложенной рамки (рис. 211,з)
в один квадратный дюйм (25,4x25,4 мм). Проверка производится
в нескольких местах. Количество пятен бывает до 5, для более
точной подгонки деталей — до 10—12, а для особо точных пове-
рочных инструментов — до 25. Чистота поверхности после шабре-
ния бывает в пределах от 6 до 8-го класса (W V6-5- VVV 8}.
Механизация шабрения заключается в применении
шабровочных станков и машин. На рис. 211, и изображена под-
308

весная шабровочная машина с гибким валом. Шабер 1 получает
возвратно-поступательное движение от электродвигателя 6 (уста-
новленного на тележке 8, катящейся по монорельсу 7) через ре-
дуктор 9, гибкий вал 5, кривошип 4, шатун 3 и шток 2.
Вследствие большой трудоемкости шабровочных работ необ-
ходимо всемерно сокращать их объем. Это достигается путем за-
мены шабрения шлифованием, механической притиркой и другими
механическими станочными обработками.
Притирка. Притиркой называют процесс обработки поверхно-
стей изделий специальными инструментами —- притирами, снимаю-
щими тончайшие стружки абразивными порошками, смешанными
с маслом. Целью притирки является получение высокой точности
и чистоты обработки.
Процесс притирки состоит в том, что абразивный порошок
со смазкой, вдавленный в притир (инструмент) при относительном
перемещении детали и притира (рис. 212, а), срезает частицы
металла с выпуклых мест обрабатываемой заготовки. Припуск
на притирку составляет всего лишь 0,01-=-0,02 мм. Толщина слоя,
срезаемого за один проход, не превышает 0,002 леи.
Притирка обеспечивает получение плотного или герметичного
(непроницаемого) соединения деталей и профилей с размерами
наивысшей точности. Притирке подвергают краны и клапаны,
чтобы они лучше удерживали жидкость или газы; резцы, шаберы
и другие режущие инструменты для получения ровных, острых
режущих кромок и высокой чистоты.
Выполняют притирку на плите (рис. 212, б), сделанной из чу-
гуна, мягкой стали, красной меди, твердого дерева и других мяг-
ких материалов. Материал притира должен быть мягче обраба-
тываемого изделия, в противном случае зерна шлифующего по-
рошка будут вдавливаться в обрабатываемое изделие и срезать
металл с притира.
Перед притиркой поверхность плиты покрывают абразивным
порошком, зерна которого вдавливают в притир нажимом сталь-
ного бруска или валика, а избыточный невдавленный порошок
смывают керосином.
Абразивные порошки бывают: корундовые, карбокорундовые,
наждачные, толченого стекла, окиси хрома, крокуса {окиси же-
леза), пасты ГОИ и др.
Притирку производят, предварительно смазывая обрабатывае-
мую поверхность машинным маслом, керосином, бензином, жи-
вотным жиром или другими веществами, что обеспечивает полу-
чение более чистой поверхности. При притирке без смазки
(всухую) процесс проходит медленнее, обрабатываемая поверх-
ность получается недостаточной чистоты и точности.
Предварительная притирка поверхностей на штриховом при-
тире приведена на рис. 212, в, г, а окончательная — на гладком
притире (рис. 212, б). На рис. 212, е, ж показана притирка внут-
ренних плоских поверхностей шаблона 1 и скобы 4 с помощью
а 10
Рис. 212. Процесс притирки
направляющих планок 2, позволяющих избегать завалов. Пере-
мещение притираемых шаблона 1 и скобы 4 производится вруч-
ную вместе с направляющими планками 2 по притирам 3. При-
тирка внутренних конических поверхностей производится спе-
циальными притирами — пробками (рис. 212, з), имеющими ка-
навки для удержания притирочного вещества.
Нанося «а притир ровный слой абразивного порошка со смаз-
кой (или пастой ГОИ), притир вводят в отверстие (рис. 212, и)
и сообщают ему вращательное движение то в одну, то в другую
сторону.
Механизация притирки выполняется при помощи
специальных притирочных станков (рис. 212, к, л), снабженных
вращающимися притирочными дисками диаметром от 300 до
500 мм.
Вращение диску 6 (рис. 212, к) передается от электродвига-
теля 1 через шкив 2, приводной ремень 3, шкив 4 и вал 5. Пре-
дусмотрен защитный кожух 7. Для удержания абразивного по-
рошка на диске делают радиальные канавки глубиной 2 мм. и
шириной 1 мм. Притирку плоскостей на диске делают путем при-
жатия изделия руками или деревянным бруском к поверхности
вращающегося диска, на который нанесен абразивный порошок
с маслом или пастой ГОИ.
Химико-механический способ. Этот способ обработки (см.
схемы на рис. 213, а, б) состоит в том, что образующаяся в про-
цессе электролиза пленка снимается с выступающих неровностей
обрабатываемой детали скребком 4 (рис. 213, а). На очищенных
выступах после этого образуется новая пленка, в то время как
во впадинах сохраняется прежняя пленка. Неровности постепенно
удаляются, и обрабатываемая поверхность становится все более
гладкой. Этот способ особенно рекомендуется для обработки
твердых сплавов, так как пленка, образующаяся между сплавом
и электролитом, очень хрупка и легко удаляется механическим
путем.
«Лужение. Лужением называют процесс покрытия металличе-
ских поверхностей оловом для защиты их от коррозии (ржавле-
ния). Олово не подвергается окислению и предохраняет от окисла
покрытые им металлы. Лужение производят перед заливкой под-
шипников специальным сплавом олова со свинцом — баббитом.
Поверхность, подвергающуюся лужению, предварительно очи-
щают от грязи и окислов стальными щетками, шабером или на-
ждачной бумагой. Затем эту поверхность очищают от жиров и
окислов химическим путем, подвергая травлению в Ю-т-15-про-
центном растворе серной или соляной кислоты, нагретой до
40-5-60°. После травления производят промывку в 10-5-15-процент-
ном растворе едкого натра или едкого калия или же в 10-про-
центном растворе кальцинированной соды при нагреве до 90-*-
-5-100°. Очищенное изделие смазывают 5-*- 10-процентным раство-
312
ром травленой соляной кислоты (хлористым цинком) посред-
ством пакли, войлока или волосяной щетки.
Процесс лужения производят растиранием или погружением
в расплавленное олово. Лужение растиранием делают после очи-
стки и смазывания поверхности хлористым цинком, посыпая по-
верхность порошкообразной полудой, а затем нагревая ее в горне
(рис. 214, а) или на паяльной лампе до температуры плавления
(260 -4-300°).
При расплавлении полуды изделие посыпают порошкообраз-
ным нашатырем и после этого растирают паклей полуду
(рис. 214, б) (расплавленное олово или состав из 70% свинца
и 30% олова) до равномерного покрытия всей поверхности сло-
ем полуды толщиной 0,1-г-0,2 мм.
а)
Рис. 213. Электрохимическая обработка металлов:
а — схема химико-механической обработки металлов: /—силовые линии; 2— поляриза-
ционный слой; 3 — электролит; 4 — скребок; б — схема станка для химико-механической
обработки: 2 — обрабатываемая деталь (анод); 2 — скребок; 3 — суппорт; 4 — ванна с
электролитом; 5 — пластина (катод)
При лужении погружением изделие сначала опускают в ванну
с хлористым цинком для покрытия им изделия, а затем клещами
вынимают его и, не давая хлористому цинку полностью стечь, по-
гружают изделие в ванну с расплавленным оловом (рис. 214, в),
и держат его там до тех пор, пока оно хорошо не прогреется.
После этого изделие вынимают из ванны и быстрым встряхива-
нием удаляют с него излишки олова. Когда изделие остынет, его
промывают в баке с водой и сушат в древесных опилках. Если
в каком-либо месте полуда не пристает к металлу изделия, это
место зачищают шабером или напильником, снова нагревают и
повторно лудят натиранием или погружением.
313
Особенно тщательно должна быть вылужена посуда из меди
для приготовления пищигтак как в противном случае на поверх-
ности появляются окислы зеленого цвета, от которых может про-
изойти отравление.
Паяние. Паяние есть процесс соединения двух или нескольких
заготовок с помощью промежуточного металла, называемого при-
поем. Припои бывают мягкие и твердые. Мягкие припои марки
ПОС-40-45 применяются для паяния электро- и радиоаппаратуры,
проводов, белой жести, латуни. Твердые припои ПМЦ-42-52 при-
меняют для паяния латуни, бронзы, меди, жести.
Рис. 214. Лужение растиранием и погружением
При паянии необходимы флюсы, которые служат для удале-
ния окислов и. предохранения поверхности спая от окисления.
Флюсы имеют температуру плавления ниже температуры плавле-
ния припоев. Травленая соляная кислота (ZnCh), нашатырь
(NH4CI), хлористый. аммоний и хлористый цинк, соляная кис-
лота (НС1), канифоль используются в качестве флюсов при пая-
нии мягкими припоями. Буру используют в качестве флюса при
паянии твердыми припоями.
После остывания припоя образуется прочное и плотное соеди-
нение, называемое швом.
При паянии мягкими припоями используют паяльники — мо-
лотковые (рис. 215, а), торцовые (рис. 215, б), электрические
(рис. 215, в) и др. Головку паяльника делают из красной меди,
которая обладает большой теплоемкостью и теплопроводностью.
Паяльники разогревают до температуры выше температуры плав-
ления припоя на 100—150°.
Порядок паяния мягкими припоями: а) очистка поверхности
заготовки от грязи и окислов щеткой или наждачной бумагой;
б) нанесение флюса (рис. 215, г) на соединяемые части; в) очи-
стка нагретого паяльника от грязи и окислов (тряпкой и наша-
тырем) ; г) нанесение на паяльник припоя; д) перенесение частиц
припоя на место спая при помощи разогретого паяльника с одно-
временным нагревом места спая равномерным перемещением
паяльника вдоль шва (рис. 215, д).
314
Порядок паяния твердыми припоями: а) очистка поверхности
заготовки от грязи и ржавчины щеткой, напильником, наждачной
бумагой; б) пригонка частей друг к другу; в) покрытие поверх-
ности спая флюсом и затем припоем; г) связывание спаиваемых
Рис. 215. Паяльники и приемы паяния
частей; д) нагрев места спая в горне или на паяльной лампе до
расплавления припоя; е) охлаждение изделия; ж) зачистка места
спая.
§ 55. ПРИНЦИПЫ СБОРКИ
Понятие о сборке. Сборкой называют процесс соединения де-
талей машин в узлы, механизмы и машины. Соединение деталей
производится в определенной последовательности, обеспечиваю-
щей требуемое качество работы машины или механизма и удоб-
ство их эксплуатации. Процесс соединения деталей в сборке про-
изводится в порядке, обратном разборке.
Различают два вида соединений в сборке: неподвижные и
подвижные.
Неподвижное соединение обеспечивает неизменное
взаимное положение собранных деталей относительно друг друга.
Подвижное соединение обеспечивает взаимное перемещение
собранных деталей относительно друг друга.
Неподвижные соединения делят на неразборные и
разборные.
315
Неразборные соединения применяют в случаях, когда в про-
цессе эксплуатации разборка собранных деталей не предусматри-
вается. Попытка разборки таких соединений неизбежно приведет
к разрушению соединяющих деталей или соединяющего веще-
ства.
Неразборные неподвижные соединения получают клепкой,
сваркой, паянием, заливкой металла, склеиванием карбинольным
клеем, горяче-прессовой посадкой.
Разборные неподвижные соединения применяют, когда в экс-
плуатации должна быть обеспечена разборка без особых затруд-
нений и без повреждения соединенных и соединяющих деталей.
Эти соединения получают с помощью винтов, шпилек, болтов и
неподвижных посадок (глухой, тугой, напряженной и плотной),
посадкой на конус в комбинации с винтовыми или клиновыми со-
единениями.
Подвижные соединения образуются за счет больших или мень-
ших зазоров между соединяемыми деталями по цилиндрическим,
коническим, сферическим, винтовым и другим поверхностям.
Виды сборки. Различают три основных вида сборки: 1) по
принципу пригонки деталей одна к другой или изготовления «по
месту»; 2) по принципу полной взаимозаменяемости; 3) по прин-
ципу неполной ограниченной взаимозаменяемости.
Сборка по принципу пригонки деталей осуще-
ствляется за счет пригонки соединяемых деталей слесарной обра-
боткой или обработкой их на станке с подгонкой «по месту». Этот
метод сборки применяется при небольшом количественном за-
дании.
Сборка по принципу полной взаимозаменяе-
мости осуществляется путем соединения деталей без какой-
либо пригонки или подбора и других дополнительных работ и
с полным соблюдением технических требований к собираемому из-
делию или узлу. Такая сборка требует изготовления деталей
с большой точностью по калибрам и применяется при очень боль-
ших (массовых) количественных заданиях.
Сборка по принципу неполной взаимозаме-
няемости осуществляется за счет подбора соединяемых дета-
лен или дополнительной обработки одной из деталей в процессе
соединения. Неполная взаимозаменяемость сборки предусматри-
вает намеренное увеличение ошибок в размерах деталей при их
изготовлении с целью экономичной обработки деталей.
Организационные формы сборки зависят ст типа изготовляе-
мой продукции, размера выпуска, трудоемкости процесса.
Различают две организационные формы сборки — неподвиж-
ную (стационарную) и подвижную.
Неподвижная сборка выполняется на одном рабочем
месте, к которому доставляются все необходимые детали и части.
Весь сборочный процесс в этом случае выполняется одной брига-
дой рабочих. Такая организационная форма сборки вследствие
316
разнообразия работ требует высокой квалификации рабочих-
сборщиков.
В связи с тем что сборка выполняется в последовательном
порядке из отдельных деталей, продолжительность ее может
быть значительной. Неподвижная сборка применяется при неболь-
шом количестве собираемых машин или механизмов.
Подвижная сборка выполняется при передаче собирае-
мого изделия от одного рабочего места к другому. На каждом из
рабочих мест выполняют только одну определенную, повторяю-
щуюся операцию. Детали и узлы подаются к соответствующим
рабочим местам сборочного цеха. Рабочее место оборудуют при-
способлениями и инструментами, необходимыми для выполнения
работы. Подвижную сборку осуществляют двумя способами:
1) со свободным движением собираемого объекта, передаваемого
от одного рабочего места к другому вручную (по верстаку, на те-
лежках и т. д.) или различными механическими транспортирую-
щими устройствами (кранами, конвейерами); 2) с принудитель-
ным движением собираемого изделия, перемещаемого посред-
ством конвейера или тележек, ведомых замкнутой цепью; при этом
сборка осуществляется непосредственно на тележках или кон-
вейере. Движение конвейера или тележек может быть непрерыв-
ным или периодическим. Принудительное движение обеспечивает
равномерный выпуск собираемого изделия. Подвижная сборка
применяется при большом (массовом) количестве собираемых
машин.
Механизация сборочных работ. Подготовка деталей к сборке.
Детали машин перед сборкой должны быть промыты и очищены
от посторонних частиц, масла, следов охлаждающей жидкости
и других веществ, которые могут оказаться на их поверхности.
Промывка и очистка деталей производятся следующими спо-
собами:
1) вручную в баках или ваннах с применением кистей, щеток
и последующей обтиркой, просушкой и обдувкой сжатым воз-
духом;
2) в механизированных баках (рис. 216) с последующей про-
сушкой или обдувкой сжатым воздухом; детали поступают в бак
по наклонному лотку 3 и выгружаются из него ленточным транс-
портером 2; моющий раствор перемешивается в баке вращаю-
щимися лопатками 1;
3) в моечных машинах (рис. 217) с последующей просушкой
или обдувкой сжатым воздухом; детали закладываются в машину
или проходят через нее на конвейере. Для промывки деталей
применяют следующие растворы: а) З-ь-5% раствор кальциниро-
ванной соды в воде, подогретой до температуры 60-:-80°, для луч-
шего обезжиривания прибавляют мыло (от 3 до 10 г на 1 л);
б) полупроцентный раствор мыла в воде; в) трихлорэтилен, по-
догретый до температуры 6СМ-80° (для промывки мелких де-
талей) ;
317
4) механической очисткой с помощью стальных круглых ще-
ток переносного типа с обдувкой струей сжатого воздуха после
очистки; этот способ наиболее применим для очистки крупных
деталей;
Рис. 216. Механизированный моечный бак:
1 — изделия; 2 — конвейерное устройство; 3 — рольганг; 4 — насос; 5 — фильтры
и отстойники для раствора
5) обдувкой сжатым воздухом, подаваемым под давлением
3-е-5 ат по шлангу специальными насадками (рис.'218) с пуско-
вым устройством и отверстием нужной формы: обдувка обеспечи-
Рис. 217. Схема моечной машины
вает быстрое просушивание деталей после мойки и удаление по-
сторонних частиц в труднодоступных местах.
Сборка неподвижных соединений. Неподвижные соединения
осуществляются различными способами; клепкой, паянием, свар-
кой и др. (описаны выше). Неподвижные соединения под дей-
318
ствием ударов молотка применяют для посадки небольших раз-
меров штифтов, клиньев, шпонок, втулок, заглушек (вес молотков
от 0,25 до 1,25 кг). Чтобы избежать повреждения поверхностей
соединяемых деталей (забоин, вмятин), рекомендуется применять
мягкие молотки (свинцовые, медные и т. д.).
Соединения под давлением пресса применяются при запрес-
совке деталей типа пальцев, заглушек, пробок, зубчатых венцов
и тому подобных деталей.
Рис. 218. Типовые насадки для обдувки сжатым воздухом:
о — разрез насадки: / — резьбовой фланец для крепления шланга; 2 — корпус
насадки; 3 — пусковая рукоятка; 4 — клапан; 5 — сменное сопло; б — подвесная
насадка; 6 — корпус насадки; 7 — крюк; 8 — пусковая рукоятка; 9 — рукоятка;
в — насадка с удлиненным стержнем
Типы прессов, применяемых для соединения деталей, показаны
на рис. 219, а, б, в. У пресса ручного действия (рис. 219, а) уси-
лие от винта 1 передается ползуну 2. Чтобы ползун не проверты-
вался, имеется фиксатор 3, скользящий в вертикальном пазу
станины 4. У пневматического пресса, приведенного на
рис. 219, б, усилие от поршня 3 передается через коромысло 2
на ползун 1. Обратный ход ползуну сообщают поворотом крана 4
на 90°. Пресс, показанный на рис. 219, в, вращает четырехзаход-
пый несамотормозящий винт 1 червячным редуктором 2 от элек-
тродвигателя <3. Нажатием на педаль 9 ленточного тормоза 8
вызывают остановку барабана 7, в результате чего винт 1, ввер-
тываясь по резьбе ступицы барабана начинает опускаться; при
освобождении педали винт поднимается противовесом 4. Провер-
тывание ползуна 6 предупреждается фиксатором 5.
319
Рис. 219. Типы прессов, применяемые в сборке:
пресс ручного действия (усилие 1000 — 2000 кг); б — пневматический пресс(Усилие 3000 — 5000 кг): с —винтовой
приводной пресс (усилие* 5000 —10000 кг).
Установка шар и к о- и роликоподшипников
производится после их промывки с применением специальных
приспособлений, обеспечивающих качество и производительность
посадки. Для этого применяют ручные пневматические или гид-
равлические прессы и специальные оправки. На рис. 220, а, б
показаны специальные оправки-стаканы. Нижняя часть оправки 2
(рис. 220, а) делается в виде кольца 1 из латуни или бронзы для
предохранения подшипника 3 от вмятин.
<9
Рис. 220. Специальное приспособление — оправки для за-
прессовки подшипникоп качения
На рис. 220, б показана посадка шарикоподшипника одновре-
менно на вал /ив корпус 2 с помощью оправки <3. Для облегче-
ния посадки шарико- и роликоподшипников их подогревают в
горячем масле до температуры 80 -ч-90°. Нагрев производят
в специальных масляных ваннах, вынимают подшипники из ванн
специальными захватами. Для снятия подшипников качения
существуют специальные съемники.
Сборка резьбовых соединений и завертывание
при этом большого количества разнообразных форм головок бол-
тов, гаек, винтов и шпилек выполняются различными механизма-
ми. Разновидностью таких механизмов являются электрические и
пневматические гайковерты.
Гайковерт (рис. 221) получает вращение от электродвигате-
ля 11, расположенного в корпусе 8. Рабочая рукоятка 9 с кур-
ком 10 выключателя присоединена к корпусу. Вал двигателя
через закрепленную на нем шестерню 13 передает вращение
шестерне 12 и промежуточному валику с шестерней 14, от кото-
321
рой вращение передается шестерне 6 и шпинделю 15 гайковерта.
Ключ 1 для завертывания болтов и гаек устанавливается в хвос-
товик 2, соединенный с полумуфтой 3. При работе ключа полу-
муфта 3 соединяется через вторую полумуфту 3 со шпинделем 15.
В момент снятия ключа 1 с головки болта или гайки пружина 5
выталкивает хвостовик 4 и расцепляет муфту <3. Регулированием
Рис. 221. Электрический гайковерт
пружины 5 завертывание гайки пли болта осуществляется с опре-
деленным усилием. При достижении заданного усилия заверты-
вания хвостовик выключается автоматически благодаря скосам
на зубьях муфты. Закрепление сменного гаечного ключа (шпиль-
коверта, стержня отвертки) производится шариком 17, который
при введении инструмента в хвостовик заскакивает в канавку ин-
струмента. При снятии инструмента отодвигают колпачок 16
настолько, чтобы шарик вышел из канавки инструмента, а ин-
струмент свободно вышел из хвостовика 2. Передвижением пол-
зушки 7 производится переключение вращения двигателя и, сле-
довательно, вращение ключа.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Физические свойства важнейших металлов
Металлы Удельный вес в Г‘ем3 Температура плавления в град. Коэффициент линейного расширения 1/град. (от 0 до 106°) Удельное электросопротНЕ' лекпе
Алюминий . . 2,7 е» 0.СС0021 0,129
Железо • • • 7.8 1539 0,000012 0,092
Медь .... 8 9 1083 0,000017 0,017
Олово .... 7.2 232 0,000023 0,120
Свинец . . . ПЛ 327 0,000027 0,100
Цинк .... 6,9 419 0,000030 0,160
Приложение 2
Соотношения между числами твердости, полученными различными
способами испытаний
н*с Л//?в "в HRc HRB hn нв
70 1116 745 20 100 228 229
80 — 746 601 —— 95 2о8 209
59 —. 551 495 —— 90 178 179
45 — 460 429 — —. — —
40 — 390 375 — 85 159 159
35 — 334 331 — 80 143 143
30 —. 292 293 — 70 116 116
25 255 255 — 65 109 109
Приложение 3
Сравнительные данные механических свойств некоторых металлов
и сплавов
М ехал ичсскм е свойства - £ О СЛ g Чугун Сч-12-28 Сталь 40 , Бронза БрА5 Л £?оо £40 Дюралю- миний Д-1
св| кг ] 6 25-30 22 1 2 1,8 15 12 62-65 40 30 18—24
® !> мм3] г,;0 о 50—40 50 40 45 20 0,5 15 20 40 18-22
20 80 35 5 4 30 120-140 187 . 90 60 50-60
323
Приложение 4
Марки конструкционных и инструментальных легированных сталей
Марка стали Химический состав в % Применение
с Si Мп Сг Ni W V Мо Ti
Хромистая сталь
15Х 40Х 0,12-0,20 0,35-0,45 0,17-0,37 0,17-0,37 0,3-0,6 0,5-0,8 0,7-1,0 0,8-1,1 <0,4 <0,4 — — —
15ХФ 0,12-0,20 0,17-0,37 0,3-0,6 X 0,8-1,1 ромованад <0,4 левая craj 1Ь 0,1—0,2
Е0ХФА 0,46-0,54 0,17—0,37 0,5-0,8 0,8-1,1 <0,4 — 0,1—0,2 —
ЗЭХМА 0,25-0,33 9,17-0,37 0,4-0,7 Хр 0,8-0,11 омомолибд <0,4 еновая ст аль 0,15-0,75
сзхс 0,29-0,37 1,0-1,3 0,3-0,6 X 1,3-1,6 ромокремн <0,4 летая ста.г ь
12ХНЗА 0,11-0,17 0,17—0,37 0,3-0,6 0,6-0,9 ^ромоникел 2,75-3,25 евая стал ь -
12X2 Н 4 А 9,11—0,17 0.17-0,37 0,3-0,6 1,25-1,75 3,25-3,75 — — —
Поршневые пальцы
оси, шестерни с хими-
котермической обра-
боткой
Валы, муфты, шестер-
ни и другие детали
станков и машин
То же, что и хромис-
тая. Особо ответствен-
ные пружины
Сварные конструк-
ции, роторы, шестерни,
крепеж в турбинах
Валы, оси с высокой
прочностью, зубчатые
колеса
Высоконагруженные
детали (после химико-
термической обработ-
ки)
Марка стали Химический состав в % Применение
С Si Мп Сг Ni W V Мо Ti
18ХНВА 0,14-0,21 0,17-0,37 0,25-0,55 1,35-1,65 4,0-4,5 3,0-3,5 0,8-1,2 Шестерни, пальцы, шпиндели и г. д., зуб- чатые колеса, крупные поковки, валы высокой прочности
37XH3A 0,33-0,41 0,17--0,37 9,25-0,55 1,2-1,6
Хромокремнемарганцовистая сталь (хромансиль)
40ХГС Ю,25 0,35 0,9- 1,2 0,8-1,1 0,8-1,1 <0,4
Листы, трубы, поков-
ки, фасонный профиль
Хромистая сталь
Х12М 1,45-1,70 <0.35 <0,40 11,0-12,5 — 0,15-0,30 0,40-0,60 Штампы, накатные плашки и др.
ХГ 1,30-1,50 0,45-0,70 <0,35 1,30-1,60 — — — Калибры, лекала, метчики, фре- зы
Хромокремнистая сталь
9ХС 9,85—0,9FI0.30—0.ec 1,20-1,60 0,95-1,25
Сверла, развертки, метчики,
плашки
Хромовольфрамовая сталь
XF5 1,25-1,50 <0,30
<0,30
0,40-0,70 4,50-5,50 0,15-0,30
Резцы, фрезы
Приложение 5
Типовые режимы и механические свойства некоторых марок
легированной конструкционной стали
Термическая обработка
Механические свойства
Применение
20Г Цементация 910°. Нормали- зация 900° 43 23 22 — <187 Поршневые кольца, ку- лачковые валики
20Х Цементация 920°. Закалка 820° в масле. Отпуск 200° 80 60 10 6 500 Шестерни, валики, пор- шневые кольца
18ХНВА Цементация. Закалка 860е на воздухе. Отпуск 160° 115 £5 12 10 350—400 Коленчатый вал авиа- ционного мотора
40Х Закалка 850° в масле. От- пуск 500° 10G 80 9 6 260-300 Коленчатые валы, ва- лики, оси, шестерни
40XIIMA Закалка 850° в масле. От- пуск 500° 100 85 12 10 <300 Диски, роторы» валы паротурбин
Приложение 6
Типовые режимы термической обработки режущего инструмента
из легированной и быстрорежущей стали
Наямеыо- вапие и 1. с тру- меп га Марки стали Отжиг Закалка Отпуск
температура в град. температура нагрева в град. среда . охлаждения температура нагрева в град. длительность нагрева(часы) твердость после отпуске *с
Сверло X 780—800 830-850 Масло 170—200 1 60-62
Фреза хг 780—800 820—840 - 170- 200 I 60-62
Метчик 9ХС 820-840 830—870 150—200 1 62—64
Протяжка хвг 780—800 820—840 190—2'10 1,5—2 63—65
Плашка XI2М 850—870 1000—1150 525 двух- кратный 1 61-63
Фасонный резец Р18 870—890 1260-1290 550—570 двух-трех- кратныч 1 62-65
226
327
Приложение 8
Механические свойства применяемых s промышленности марок
ковкого чугуна
Марка чугуна Структура Класс чугуна .Механические свойства
а в Л/Л<2 G% нв
К4-30-6 К4-35-10 Феррит ' Углерод Ферритный 30 35 6 10 <163 < 149
К4-4О-3 отжига J Перлит Феррит Углерод отжига Перлитно- ферритный 40 3 <201
ЛИТЕРАТУРА
Автоматическая электродуговая сварка, Машгиз, 1953.
Аксенов П. Н„ Литейное производство, Машгиз, 1950.
Андерс Н. Р., Раковский В. С., Производство твердых сплавов,
Металлургпздат, 1953.
Брюханов А. Н., Лахтин Ю. М. и др., Технология металлов,
Машгиз, 1954.
Б у тало в В. А., Технология металлов, Металлургиздат, 1952.
Г е л ь я м а ш А. С., Контактная электросварка, Машгнз, 1949.
Гл из манен ко Д. Л., Евсеев Г. Б., Газовая сварка и резка металлов,
Машгиз, 1954.
Глинка Н. Л., Общая химия, Госхимиздат, 1954.
Губкин С. И., Теория обработки давлением, Металлургиздат, 1947.
Гринберг Б. Г., Основы литейного производства, Трудрезервнздат,
1953.
Гуляев А. Н., Металловедение, Обороигиз, 1951.
Гуляев А. Н., Термическая обработка стали, Машгиз, 1952.
Дубинин Н. П., .С т о р о ж е в М. В., Гладилин А. Н., Технология
металлов, Машгиз, 1952.
Елютин В. П., Павлов Ю. А., Левин Б. Е., Ферросплавы, Метал-
лургиздат, 1951.
Калюжный В. Г. и др., Неметаллические материалы, их обработка н при-
менение, под редакцией В. Г. Калюжного, Оборонгиз, 1949.
К а м е и ь щ и к о в Г. Г., Кузнечное производство, Машгиз, 1954.
Кащенко Г. А., Основы металловедения, Металлургиздат, 1950.
Красавцев Н. И., Металлургия чугуна, Металлургиздат, 1952,
Лейкин А. Е., Технология металлов, Металлургиздат, 1941.
Никифоров В. М., Технология металлов, Машгиз, 1953.
Остапенко Н. Н., Кириллов Н. П., Материаловедение, Трудрезерв-
издат, 1953.
Поярков А. М., Производство стали, Металлургиздат, 1955.
Раковский В. С., Крюков И. И., Наплавочные твердые сплавы,
Машгиз, 1948.
Самохоцкип А, И., К У н я в с к и й М.' Н., Металловедение, Машгиз,
1954.
Славин Д. О., Остапенко Н. Н., Материаловедение, Трудрезерв-
издат, 1950.
Справочные материалы для сварщиков, Машгиз, 1951.
Трубин К. Г. и О икс Г. Н., Металлургия стали, Металлургпздат. 1951.
Туркин В. Д. и Румянцев М. В., Структура н свойства цветных ме-
таллов н сплавов, Металлургиздат, 1947.
III а п о ш н и к о в Н. А., Механические испытания металлов, Машгиз, 1954.
Шишков П. П., Новоспасский А. Ф. и др., Общий курс технологии
металлов, Машгиз, 1941.
Ш м ы к о в А. А. Справочник термиста, Машгиз, 1952.
Энциклопедический справочник «Машиностроение», т. 5, 6, 7, Маш-
гиз, 1946—1950.
Яхин С. 3., Пластические массы и их применение на железнодорожном
транспорте, Трансжелдориздат, 1954.
329
Введение
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
3
Раздел первый
Материаловедение
Глава I. Основные сведения о металлах и их свойствах................7
§ V] . Общие сведения о металлах . ...........................7
§ 2. Внутреннее строение металлов и сплавов..................8
§ 3. Методы изучения структуры металлов и сплавов .... 18
§ 4. Физические и химические свойства металлов..............23
§ 5. Механические свойства металлов и способы их определения 26
Глава 11$ Железоуглеродистые сплавы .............-..............36
§ 6. Производство чугуна .............................38
§ 7. Состав и сорта доменных чугунов.....................53
§ 8. Способы производства стали..........................55
9. Углеродистые стали .............................70
§Х10. Легированная сталь .............................74
Глава III. Термическая обработка стали и чугуна . ................78
S 11. Структурные превращения в сталях при нагреве и
охлаждении ............................................78
§ 12. Нагревательные устройства и приборы теплового контроля 85
§ 13. Виды термической обработки и практика их выполнения 93
§ 14. Особенности термической обработки легированной стали 106
§ 15. Химико-термическая обработка стали...................Ill
§ 16. Термическая обработка чугуна.........................115
Глава IV. Твердые сплавы.......................................118
§ 17. Литые наплавочные сплавы ...........................119
§ 18. Металлокерамические сплавы ,......................4 . 120
Глава У^Цветиые металлы и их сплавы............................124
§ 19* Медь и ее сплавы................................. 125
§ 20. »Алюминий и его сплавы .............................130
§ 2L Магний и его сплавы ...............................133
§ 22ч Подшипниковые (антифрикционные сплавы).............135
Глава VI. Коррозия металлов и методы защиты от нее.............136
§ 23. Общие сведения . ...................................136
§ 24. Виды коррозионных разрушений .......................137
§ 25. Методы защиты от коррозии...........................137
330
Глава VII. Неметаллические материалы............................. 141
§ 26. Пластические массы. Общие сведения....................141
§ 27. Технология пластических масс.........................’ 142
Раздел второй
Основные виды обработки металлов
Глава VIII. Литейное производство .............................148
§ 28. Металлы и сплавы, применяемые в литейном производстве 151
§ 29. Формовочные и стержневые материалы, смеси и их приго-
товление ............................................... 152
§ 3Q. Модель и стержневые ящики ..........................155
§ 31. Ручная н машинная формовка.........................1о8
§ 32. Плавильные печн и плавка в них. Заливка форм, выбивка
и очистка литья ......................................... 165
§ 33. Брак литья и его причины...........................169
§ 34. Специальные способы литья..........................171
Глава IX. Обработка металлов давлением.........................175
§ 35. Сущность обработки металлов давлением .............175
§ 36. Нагрев и нагревательные устройства . ..............178
§ 37. Прокатка и волочение...............................1о2
§ 38. Свободная ковка ...................................188
§ 39. Прессование и штамповка.......................... 196
§ 40. Дефекты проката и поковок .........................204
Глава X. Сварка металлов.......................................206
§ 41. Сущность, значение и виды сварки ..................2С6
§ 42. Дуговая и контактная сварка ................... . 207
§ 43. Газовая сварка.....................................218
§ 44. Термитная сварка...................................223
Глава Х1.Иэбработка металлов резанием . ...................224
§ 45. Назначение обработки металлов резанием ............224
§ 46. Основные методы обработки металлов резаиием .... 225
§ 47. Классификация металлорежущих станков.............233
§ 48. Токарные станки ...................................233
§ 49. Сверлильные станки.................................242
§ 50. Фрезерные станки...................................247
§ 51. Строгальные станки..................................260
§ 52. Шлифовальные станки ...............................264
§ 53. Отделочные работы ............................... 273
Глава XII. Слесарная обработка металлов........................277
§ 54. Слесарные работы.................'.................277
§ 55. Принципы сборки.................................. 315
Приложения ..........................................323
Литература ..........................................329
Авторы: Алекин Лев Емельянович, Гладилин Анатолий Николаевич,
Красавин Василий Степанович, Лунев Федор Андреевич, Макарова Вера
Ивановна, Расторгуев Иван Сергеевич, Хренов Алексей Дмитриевич
Научный редактор А. Е. Лейкин
Редактор Д. С. Шур Техн, редактор Н. Л. Матусевич
А00492 Сдано в набор 26, VI 1957 Поди, к псч. 8/11 1958
Формат бум. 60X92*/,а. 20,75 плюс вклейка 0,125 п. л. Bin. л. 41 900 зи.
Уч.-изд. л. 21,76. Уч. № 139,3526. Тираж 125 000 (2-й завод 75 001—
125 000 в пер. № 5). Цена 8 руб.
Набрано в тип. Трудрезервиздата, Москва, Хохловский пер., 7. Отпечатано в
Первой Образцовой типографии имени А. А. Жданова Московского городского
Совнархоза. Москва, Ж-54, Валовая, 28. Заказ 1468.