Свойства металлов и сплавов подвергаемых резке

Обновлено: 04.10.2024

Чтобы машина работала долго и надежно в различных условиях, необходимо ее детали изготовлять из материалов, имеющих определенные физические, механические, технологические и химические свойства.

Физические свойства. К этим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления, расширение при нагревании.

Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах. При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.

Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем не окисленного.

Удельный вес — вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах. Например, углеродистая сталь имеет удельный вес, равный 7,8 г/см. В авто- и авиастроении вес деталей является одной из важнейших характеристик, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими. Чем больше удельный вес металла, тем более тяжелым (при равном объеме) получается изделие.

Теплопроводность — способность металла проводить тепло — измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за 1 мин. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.

Температура плавления — температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чистые металлы плавятся при одной постоянной температуре, а сплавы — в интервале температур.

Расширение металлов при нагревании является важной характеристикой. Поскольку при сварке происходит местный нагрев (нагрев лишь небольшого участка изделия), то изделие в различных частях нагревается до разных температур, что приводит к деформированию (короблению) изделия. Две детали, изготовленные из разных металлов и нагретые до одинаковой температуры, будут расширяться по-разному. Поэтому, если эти детали будут скреплены между собой, то при нагревании могут изогнуться и даже разрушиться.

Усадка — уменьшение объема расплавленного металла при его охлаждении. В процессе усадки металла сварного шва наблюдается коробление детали, появляются трещины или образуются усадочные раковины. Каждый металл имеет свою величину усадки. Чем она больше, тем труднее получить качественное соединение.

Механические свойства. К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость.

Эти свойства обычно являются решающими показателями, по которым судят о пригодности металла к различным условиям работы.

Прочность - способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела.

Упругость — свойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов.

Пластичность — способность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.

Вязкость — способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

Механические свойства выявляются при воздействии на металл растягивающих, изгибающих или других сил. Механические свойства металлов характеризуются: 1) пределом прочности в кг/мм2; 2) относительным удлинением в %;3) ударной вязкостью в кгм/см2; 4) твердостью; 5) углом загиба. Перечисленные основные свойства металлов определяются следующими испытаниями: 1) на растяжение; 2) на загиб; 3) на твердость; 4) на удар. Все эти испытания производятся на образцах металла при помощи специальных машин.

Испытание на растяжение. Испытанием на растяжение определяют предел прочности и относительное удлинение металла. Пределом прочности называется усилие, которое надо приложить на единицу площади поперечного сечения образца металла, чтобы разорвать его.

Для испытания на растяжение изготовляют образцы, форма и размеры которых установлены ГОСТ 1497-42. На рисунке представлены размеры и форма цилиндрических образцов для испытания на растяжение на специальных разрывных машинах» Головки образца закрепляют в захваты машины, после чего дают нагрузку, растягивающую образец до разрушения. Если величину разрушающего усилия выраженного в килограммах, разделить на число квадратных миллиметров поперечного сечения образца Fo9 то получим величину предела прочности в килограммах на квадратный миллиметр (предел прочности обозначается ов):

Для испытания листового металла изготовляют плоские образцы. На рисунке, в показаны размеры и форма плоских образцов для испытания сварных соединений. Малоуглеродистые стали имеют предел прочности около 40 кг/мм2 стали повышенной прочности и специальные — 150 кг/мм2. Для вычисления относительного удлинения, обозначаемого Ъ, определяют сначала абсолютное удлинение образца. Для этого разорванные части образца плотно прикладывают друг к другу и замеряют расстояние между метками границ расчетной длины (получают размер /). Затем из полученной длины вычитают первоначальную расчетную длину образца /о, остаток делят на первоначальную расчетную длину и умножают на 100.

Относительное удлинение металла есть выраженное в процентах отношение остающегося после разрыва увеличения длины образца К его первоначальной длине.

Относительное удлинение малоуглеродистой стали примерно равно 20%. Относительное удлинение характеризует пластичность металла, оно снижается с повышением предела прочности.

Испытание на твердость. В нашей промышленности для определения твердости металла чаще всего применяется прибор Бринеля или Роквелла. Твердость по Бринелю определяют следующим образом. Твердый стальной шарик диаметром 10,5 или 2,5 мм вдавливается под прессом в испытуемый металл. Затем при помощи бинокулярной трубки измеряют диаметр отпечатка, который получился под шариком на испытуемом металле. По диаметру отпечатка и по соответствующей таблице определяют твердость по Бринелю.

Твердость некоторых сталей в единицах по Бринелю:

Малоуглеродистая сталь. ИВ 120—130

Сталь повышенной прочности . ИВ 200—300 Твердые закаленные стали. ИВ 500—600

С увеличением твердости пластичность металла снижается. Испытание на удар. Этим испытанием определяют способность металла противостоять ударным нагрузкам. Испытанием на удар определяют ударную вязкость металла.

Ударная вязкость определяется путем испытания образцов на специальных маятниковых копрах. Для испытания применяются специальные квадратные образцы с надрезом (фиг. 11,е). Чем меньше ударная вязкость, тем более хрупок и тем менее надежен в работе такой металл. Чем выше ударная вязкость, тем металл лучше. Хорошая малоуглеродистая сталь имеет ударную вязкость, равную 10—15 кгм/см2.

Во многих случаях для проверки пластичности металлов или сварных соединений применяют технологические испытания образцов, к которым относятся испытания на угол загиба, на сплющивание, продавливание и др.

Испытания на загиб. Для проведения испытания на загиб образец из металла укладывается на шарнирных опорах и нагрузкой, приложенной посредине, изгибается до появления трещин на выпуклой стороне образца. После этого испытание прекращают и измеряют величину внешнего угла а. Чем больше угол загиба, тем пластичнее металл. Качественная малоуглеродистая сталь дает угол загиба 180°.

Для определения пластичности сварного соединения вырезают такой же плоский образец со сварным швом, расположенным посредине, и со снятым усилением.

Испытанием на сплющивание определяют способность металла деформироваться при сплющивании. Этой пробе обычно подвергают отрезки сварных труб диаметром 22—52 мм со стенками толщиной от 2,5 до 10 мм. Проба заключается в сплющивании образца под прессом до получения просвета между внутренними стенками трубы, равного учетверенной толщине стенки трубы. При этом испытании образец не должен давать трещин.

Технологические свойства. В эту группу свойств входят свариваемость, жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием и другие. Технологические свойства имеют весьма важное значение при производстве тех или иных технологических операций и определяют пригодность металла к обработке тем или иным способом.

Свариваемость — свойство металлов давать доброкачественные соединения при сварке, характеризующиеся отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах, причем иногда металл хорошо сваривается одним методом и неудовлетворительно— другим. Например, дюралюминий удовлетворительно сваривается точечной сваркой и плохо — газовой, чугун хорошо сваривается газовой сваркой с подогревом и плохо — дуговой и т. д.

Жидкотекучесть — способность расплавленных металлов и сплавов заполнять литерную форму.

Ковкость — способность металлов и сплавов изменять свою форму при обработке давлением.

Обрабатываемость резанием — способность металла более или менее легко обрабатываться острым режущим инструментом (резцом, фрезой, ножовкой и т. д.) при различных операциях механической обработки (резание, фрезерование и т. д.).

Химические свойства. Под химическими свойствами металлов подразумевается их способность вступать в соединение с различными веществами и в первую очередь с кислородом. Чем легче металл вступает в соединение с вредными для него элементами, тем легче он разрушается. Разрушение металлов под действием окружающей их среды (воздуха, влаги, растворов солей, кислот, щелочей) называется коррозией. Для достижения высокой коррозионной стойкости изготавливаются специальные стали (нержавеющие, кислотостойкие и т. п.).

Свойства металлов и сплавов подвергаемых резке

Область применения металлов определяется их свойствами. Например, изделия, предназначенные для хранения и транспортирования химически активных продуктов, должны изготавливаться из стойких к коррозии металлов; работающие под действием переменных нагрузок — из. пластичных металлов; ковши экскаваторов, траки гусеничных машин выпускаются из износостойкого металла и т. д.

Свойства металлов подразделяются на механические, технологические, физические и химические. В практике сварочного производства большое значение имеют механические и технологические свойства.

Механические свойства. К основным механическим свойствам относятся ударная вязкость, пластичность, прочность и твердость металла.

Под ударной вязкостью понимают способность металла противостоять динамическим (ударным) нагрузкам. Ударная вязкость металла определяется при испытании образцов на ударный изгиб при помощи маятникового копра. Это один из основных показателей наплавленного металла и сварного соединения: чем он выше, тем работоспособнее металл сварного шва.

Пластичность — это способность металла, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузки, а затем сохранять ее после снятия нагрузки. Пластичность характеризуется относительным удлинением при спокойных (статических) нагрузках.

Для определения пластичности металла сварного шва образец испытывают на загиб: чем больше угол загиба, тем выше, пластичность металла.

Прочность — это способность металла не разрушаться под действием внешних сил. Прочность металла устанавливается испытанием образца на разрывной машине.

В процессе испытания разрывное усилие нарастает постепенно, вызывая некоторое удлинение образца. До определенного момента это удлинение будет пропорционально приложенному усилию. Пределом пропорциональности называется наибольшее напряжение (отношение приложенного усилия к поперечному сечению образца), при котором образец деформируется по закону пропорциональности. Предел пропорциональности почти всегда совпадает с пределом упругости, так как при напряжениях, не достигших предела пропорциональности, деформация, как правило, исчезает после снятия нагрузки.

При дальнейшем испытании образца наступает такой момент, при котором нагрузка не увеличивается, а образец продолжает удлиняться.

Отношение этой нагрузки к поперечному сечению образца называется пределом текучести. Затем нагрузку снова увеличивают и при определенном (максимальном для данного образца) ее значении образец разрывается. Напряжение, при котором наступает разрыв образца, называется пределом прочности или временным сопротивлением материала.

Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него других, более твердых тел Твердость проверяется вдавливанием стального шарика или алмазного конуса в испытываемый материал. Существуют и другие способы определения твердости.

Технологические свойства. К этим свойствам относятся физическая и технологическая свариваемость, ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием.

Под свариваемостью понимается свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне плавления свариваемых материалов.

Технологическая свариваемость характеризует поведение металла при данном методе и режиме сварки и может быть проверена прямым или косвенным способами.

При первом способе сваривают определенные образцы, а при втором — сварку заменяют другими процессами, имитирующими влияние сварки на металл (например, термическая обработка). Широкое распространение для оценки свариваемости получила валико-вая проба МВТУ имени Баумана. Валик направляют на составные пластины из испытываемой стали на 4— 6 погонных энергиях. Затем изготавливают образцы и определяют ударную вязкость, величину зерна, критическую температуру хрупкости, твердость околошовной зоны и структуру.

По свариваемости стали делятся на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся.

К хорошо сваривающимся относятся стали, которые свариваются без предварительного, сопутствующего подогревов и последующей термической обработки (Ст1кп, Ст1пс, БСт2сп, БСтЗпс, 15Г, 20Г, 20К, 20Х, 20ХГСА, 2ХН2, 10ХСНД, 0Х18Н10, Х18Н9Т, Х23Н18 и др.)- При Сэ

В группе удовлетворительно сваривающихся сталей (БСтбсп, 15ХСНД, 12Х2Н4А, 9Х14А, 12Х14А) необходимость термообработки до и после сварки зависит от марки стали.

Ограниченно сваривающиеся стали (Стбпс, БСтбпс, 35ХМ, ЗОХГС, 5ХНМ, Х18Н9, 2Х18Н9) также подвергаются термообработке, режим которой выбирается в соответствии со свойствами стали.

Плохо сваривающиеся стали (50ХГ, 50ХН, 50ХГА, 40Г, Х12М, ЗХ2В8Ф, 5ХВ2С, 5ХНВ и др.) независимо от толщины свариваемых изделий и вида сварного соединения предварительно подогревают до температуры не ниже 200°С, а после сварки подвергают термообработке, режим которой зависит от марки стали.

Ковкость характеризует способность металла в холодном или горячем состоянии принимать необходимую форму под действием внешних сил.

Обрабатываемость резанием — это свойство металла поддаваться механической обработке режущим инструментом.

Жидкотекучесть — способность металла заполнять литейные формы.

К физическим свойствам металлов относятся цвет, удельная масса, тепловая и электрическая проводимость, магнитные качества. Химические свойства металлов — это стойкость против коррозии, жаропрочность.

Свойства металлов можно разделить на четыре основные группы: физические, химические, механические и технологические. К физическим свойствам относят цвет, плотность, плавкость, тепловое расширение, теплопроводность, теплоемкость, электропроводность и способность намагничиваться.

Химические свойства характеризуются такими явлениями, которые вызывают изменение вещества. В окружающей нас среде непрерывно происходят изменения такого характера. Например, сгорание топлива и превращение его в золу и газы, гниение дерева. К химическим свойствам металлов относят коррозионную стойкость, жаропрочность, окалиностойкость, жароупорность.

В практике сварочного производства большое значение имеют механические и технологические свойства. К основным механическим свойствам относят прочность, упругость, пластичность, твердость и ударную вязкость.

Прочность — это способность металлов сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь. Для испытания прочности применяют специальные разрывные машины различной мощности. При испытании образца наступает такой момент, при котором без увеличения нагрузки образец продолжает удлиняться. Отношение этой нагрузки к лоперечному сечению образца называ-азота в титановых сплавах 0,04—0,05 %. Вредное влияние водорода в титане проявляется даже при небольшом его содержании. Он оказывает сильное охрупчи-вающее действие на титан, усиливая при этом охрупчи-вающее действие кислорода и азота. Растворимость водорода в титане чрезвычайно велика и/превосходит растворимость его в стали в десятки тысяч раз. Водород является также одним из основных йсточников образования пор при сварке титана и его сплавов. Повышение содержания углерода в титане вызывает понижение пластичности. Вследствие малой растворимости углерода содержание его в титане даже нескольких десятых процента приводит к выделению карбидов, заметному повышению прочности и понижению пластичности. Учитывая указанные особенности титана, для получения при сварке плавлением качественных соединений необходимо полностью защищать сварные соединения от взаимодействия с воздухом и вредными примесями сварочной ванны, а также основной металл и металл шва, нагретый выше 600 °С.

Алюминий применяется в строительстве и промышленности благодаря небольшой плотности (2,7 г/см3), примерно в 3 раза меньшей, чем у стали, повышенной хладостойкости, коррозионной стойкости в окислительных средах и на воздухе. Алюминий и его сплавы имеют низкую температуру плавления (660°С для чистого алюминия), высокую электро- и теплопроводность, повышенный по сравнению со сталью коэффициент линейного расширения. Алюминий и его сплавы существуют двух видов: деформируемые (прессованные, катаные, кованые) и литейные (недеформируемые). Специфические свойства при сварке алюминия вызывают определенные трудности. Легкая окисляемость алюминия приводит к образованию на его поверхности плотной тугоплавкой окисной пленки, которая препятствует сплавлению частиц металла и загрязняет шов. Высокая температура плавления окисной пленки и низкая температура плавления алюминия, не изменяющего своего цвета при нагревании, крайне затрудняет управление процессом сварки. Большая жидкотекучесть и малая прочность при температуре свыше 550 °С вызывает необходимость применения подкладок. Значительная растворимость водорода в расплавленном алюминии и резкое ее изменение при переходе из жидкого состояния в твердбе в момент кристаллизации при большой скорости охлаждения приводит к образованию пор. Высокий коэффициент линейного теплового расширения алюминия приводит к значительным остаточным деформациям.

Медь широко применяется в качестве конструкционного материала для изготовления различного рода сосудов, трубопроводов, химической аппаратуры, электрораспределительных устройств и другой аппаратуры. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью, химической стойкостью и сохраняет свои механические свойства в условиях низких температур, когда почти все стали становятся хрупкими. Медь имеет температуру плавления 1083 °С (1356 К), временное сопротивление в отожженном состоянии 200 МП а и плотность 8,9 г/см3. Большое распространение в народном хозяйстве нашли сплавы меди — латунь и бронза. Латунь — это сплав меди с цинком. Ее применению способствует меньшая стоимость и плотность цинка по сравнению с медью. Температура плавления (800—900 °С) зависит от состава — чем больше цинка, тем ниже точка плавления. Бронза представляет собой сплав меди с оловом, алюминием, бериллием и свинцом. Температура плавления 720—1000 °С. Чем больше в бронзе олова, тем ниже температура ее плавления.

Ряд особенностей меди и ее сплавов создают существенные затруднения при сварке. Легкая окисляемость меди в расплавленном состоянии снижает стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин. В меди, предназначенной для изготовления сварных конструкций, содержание кислорода не должно превышать 0,03%, а для ответственных изделий — 0,01 %. Высокая теплопроводность меди (почти в 6 раз больше, чем у стали) требует использования концентрированных источников нагрева, а в ряде случаев предварительного и сопутствующего подогрева. Большая растворимость водорода в расплавленной меди и ее падение при кристаллизации вызывают образование пор. Часть растворенного в расплавленном металле водорода, взаимодействуя с окислом меди, образуют водяной пар и углекислый газ, которые при охлаждении металла не успевают выделиться, в результате чего появляются поры. При затвердевании меди пары воды У еличиваются в объеме, образуя в ней трещины. Повышенная жидкотекучесть металла затрудняет сварку меди в вертикальном и потолочном положениях. Высокий коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза больше, чем у стали) требует принятия дополнительных мер для предотвращения значительных остаточных деформаций конструкции. Основными факторами, затрудняющими сварку латуни, являются испарение и угар цинка. Выделение цинка ведет к пористости металла шва и насыщению воздуха, окружающего сварщика, парами цинка, вредными для здоровья. При сварке бронзы основной трудностью является окисление олова, алюминия, кремния и водорода в процессе сварки с образованием соединений, осложняющих сварку и придающих металлу сварного шва хрупкость.

Термообработка стали

Термообработка стали является одной из обязательных процедур, позволяющих придать заготовкам и деталям требуемые свойства. Она может проводиться на разных этапах изготовления, при этом химический состав материала не меняется.

Такой процесс позволяет повысить обрабатываемость деталей, снять остаточное напряжение и в целом улучшить эксплуатационные характеристики. Подробнее о термообработке стали, а также о том, на каких этапах ее можно проводить, расскажем далее.

Задачи термообработки стали по ГОСТу

Термообработка стали выполняется при максимальной температуре, в процессе которой происходит:

повторная кристаллизация стали,
переход железа из гамма- в альфа-форму,
преобразование крупных частиц в пластины.

Эксплуатационные свойства стали и легкость металлообработки непосредственно зависят от внутренней структуры двухфазной смеси.

Главное назначение термообработки стали:

Создание прочных термоустойчивых износо- и коррозионностойких готовых стальных изделий.
Снятие в заготовках внутреннего напряжения после литья, горячее и холодное штампование, глубокая вытяжка стали. При этом повышается ее пластичность и облегчается обработка резанием.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Термообработку применяют к таким типам сталей, как:

углеродистая и легированная,
с содержанием углерода от 0,25 % до 0,7 %,
конструкционная, инструментальная и специальная,
различного качества.

Качество термической обработки стали зависит от следующих основных параметров:

продолжительность (скорость) нагрева,
температура нагрева,
длина выдержки при указанной температуре,
интенсивность (период охлаждения).

Чтобы получить разные виды термической обработки стали, можно менять вышеперечисленные параметры.

4 основных вида термообработки стали

Термообработка стали – это процесс изменения внутреннего строения и структуры стали за счет воздействия на нее нагрева, выдержки и охлаждения. На каждом этапе тепловой обработки необходимо строгое соблюдение температуры, скорости и продолжительности, зависящие от доли углерода и легирующих элементов в сплаве. При нагревании происходят изменения структуры материала, а при охлаждении эти структурные изменения протекают в обратном порядке.

Виды тепловой обработки:

Отжиг:

гомогенизация,
рекристаллизация,
изотермический отжиг,
отжиг для устранения напряжений,
отжиг полный,
неполный отжиг.

Закалка

Нормализация

Отпуск:

низкий,
средний,
высокий.

Далее приведены подробности каждого вида термообработки.

Как стали и сплавы подвергаются термообработке

При отпуске

Данный вид термообработки очень часто используется в машиностроении при производстве стальных изделий различного назначения. Чтобы уменьшить внутреннее остаточное напряжение, отпуск применяется с закалкой. Данный метод позволяет получить прочный материал, снять его хрупкость, возникающую при влиянии повышенной температуры.

Еще одно важное предназначение отпуска – это повышение ударной вязкости металла, благодаря чему уменьшается его твердость. Поэтому сильное внешнее воздействие жесткими предметами не повредит поверхность материала.

Пользуются такой таблицей цветов побежалости при термообработке стали для уточнения режимов температуры:

Температура (°С)

Цвет каления

Очень темно-красный (видимый в темноте)

Типы технологии отпуска:

Данный метод применяют для получения мартенситной структуры стали. Главная его функция – максимально повысить вязкость материала с сохранением его жесткости.

Обычная температура нагревания – +150 °С, максимальная – не более +250 °С. При обычном нагреве металл держат около 1,5 часа. Охлаждают в масле или на воздухе, чтобы увеличить прочность заготовки или готовой детали.

Применяют низкий отпуск при изготовлении измерительных инструментов или различных изделий для резания.

Обычная температура нагрева при обработке – не более +340 °С. Отличительная особенность метода – увеличение максимальной температуры до +500 °С. Охлаждение производится воздухом.

Главная цель – переход от мартенситной структуры в троостит. Это позволяет увеличить вязкость материала с понижением его твердости. Данная технология применяется при производстве деталей, которые используют под сильными нагрузками.

Самый эффективный метод, позволяющий уменьшить высокое внутреннее напряжение. Материал нагревают до температуры от +450 до + 600 °С, чтобы повысить его вязкость и пластичность без снижения прочности. Сложный, но оптимальный способ при производстве ответственных деталей. Применяется при термообработке для большинства конструкционных сталей.

При отжиге

Отжиг – это вид термообработки стали, который используют для получения равновесной однородной внутренней структуры стали и значительного уменьшения ее напряжения. При обработке материал нагревают до высокой температуры, выдерживают и долго охлаждают.

В промышленности используют некоторые подвиды термической обработки:

При закалке

Закалка так же, как и отпуск – самый распространенный метод термообработки. Она необходима для повышения таких показателей стали, как твердость, максимальная упругость и износостойкость. С помощью данной обработки уменьшают предел прочности на сжатие и растяжение. Для улучшения эксплуатационных свойств такой термообработке часто подвергаются инструментальные стали.

Закалка – наиболее старый способ термообработки. Его особенность – быстрое охлаждение стали, нагретой до максимальной температуры. Максимум нагревания зависит от марки стали. Главное – учесть, при каком температурном режиме начинается процесс изменения внутренней кристаллической решетки.

От изменения марки сплава меняются следующие параметры:

Охлаждающая среда. Наиболее легкий метод – окунание в воду. Чтобы улучшить показатели стали, охлаждение происходит с применением масла, инертного газа или соленых растворов.
Скорость охлаждения. Зависит от начальной температуры нагревания. Отличаться может и температура газа, раствора с содержанием соли и воды.
Нагревание. Подбирается на основании предела, при котором происходит изменение внутренней структуры. Для большинства марок сплавов – это +900 °С.

При нормализации

Нормализация – вид термообработки стали, при котором меняется структура и измельчается зерно внутри сплава. Такой процесс подходит для низкоуглеродистой и легированной стали.

Основное превосходство данной обработки – увеличение твердости стали до 300 НВ. Есть возможность применять заготовки, полученные горячекатаным способом. Повышается прочность, износостойкость и вязкость стали. Благодаря этому следующий этап обработки проходит легче.

Охлаждающая среда – воздух. Предел температуры нагревания – увеличение еще на 50 °С к установленному максимуму для конкретной марки стали.

Нюансы термообработки стали разных марок, а также цветных сплавов

Термообработка легированных сталей марок 20Х, 15ХГН2ТА, 4Х5МФС, 20Х2Н4А, 50ХГФА, 6ХВ2С, 18ХГ, У9, 45Г2, 20ХГР, 38ХН3МА, 7Х3, 20ХН3А имеет общие требования для мартенсита, перлитных и аустенитных сплавов. Есть определенные критичные точки на графике для получения перлита, мартенсита, аустенитовой или ферритовой стали. Термическая обработка таких сплавов происходит с помощью длительного нагревания до определенной температуры.

Также этот процесс сопровождается затяжной выдержкой и медленным охлаждением. Но надо иметь в виду, что при закалке охлаждение более быстрое. Законы физики объясняют, почему происходит медленное нагревание и остывание: чем выше теплообмен, тем ниже вероятность повреждения сплава. Нагрев выполняют постепенно, по всей поверхности изделия.

После термообработке нержавеющей стали марок 07Х16Н6, 20Х13, 20Х14, 20Х16, 20Х18Н9Т и подобные сплавы (имеющие в маркировке обозначение «Х» – процент хрома в массе) оставляют медленно остывать в печи. Также сюда можно отнести сплавы с содержанием хрома 13 % и выше по весу заготовки. В составе печи для отложенного накаливания на некоторых производствах применяют электрообогревательное оборудование, которое будет нагревать металл по определенному алгоритму. Это позволит соблюсти технологию изготовления.

При термообработке аустенитные стали в печи временно нагревают до +1 150 °С. После нужной выдержки каленую сталь охлаждают в масле до окончательного остывания или по определенному алгоритму. Это позволяет добиться устойчивой внутренней структуры. Сплав при этом улучшает все свои свойства.

В зависимости от того, какой род стали нужно получить, простые углеродистые стали марок Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, Ст8, Ст10, Ст15, Ст20, Ст25, Ст30, Ст35, Ст40, Ст45, Ст50, Ст55, Ст60, Ст75, содержащие сотые доли углерода по массе заготовок, нормализуют и отпускают, отжигают по общей технологии «мартенсит – перлит – аустенит – феррит». Основная задача – повышение устойчивости молекулярной связи в кристаллической решетке и снижение хрупкости.

Термообработка цветных сплавов отличается от других металлов особенной кристаллической решеткой, увеличенной или уменьшенной теплопроводностью и химической реакции на кислород и водород:

При термической обработке алюминиевых и медных сплавов нет сложностей с накаливанием, а для титанового сплава – это основная проблема, так как его тепловая проводимость ниже в 15 раз, чем у алюминиевого.
Медные сплавы при максимальной температуре контактируют с кислородом, на основании этого термообработка проводится в защитной среде.
Сплавы с алюминием фактически пассивны к атмосферным газам, а титановый сплав, наоборот, наводороживается. Поэтому для снижения процента водорода титан обрабатывают в вакуумной среде. Термообработка стали из деформируемых металлов с алюминием (профили, трубы, уголки) выполняется с соблюдением температуры нагревания +450–500 °С.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Термическая резка металла

Термическая резка металла применяется при изготовлении различных металлоконструкций. Как правило, такая технология используется в работе с листовым или баночным металлопрокатом. Удобно вырезать отверстия заданной формы и размера, используя станки с ЧПУ, и корректировать отдельные элементы.

Основное преимущество технологии заключается в отсутствии прямого контакта между заготовкой и выбранным инструментом. В результате получаются изделия, соответствующие чертежу, с точностью до микрона. Подробнее о термической резке и ее видах читайте в нашем материале.

Виды термической резки

Термическая резка – способ обработки металлических изделий путем их нагревания для последующего отделения элементов заготовки друг от друга резом. В зависимости от формы и характеристик реза обработка может быть разделительной и поверхностной, в зависимости от шероховатости поверхности разреза – заготовительной и чистовой.

В отличие от других способов обработки, для термической резки характерна высокая производительность, возможность работы с толстостенными металлами, создание заготовок различной конфигурации, небольшие энергозатраты.

Основные виды термической резки металлов:

Окисление. Металл в области реза нагревается до температуры, при которой он воспламеняется, а затем сжигается в струе кислорода. Образующиеся продукты горения выдуваются из рабочей зоны кислородно-газовой струей. К этой разновидности резки относят газопламенную (кислородную) и кислородно-флюсовую.
Плавление. Металл нагревается в зоне разреза мощным источником тепла направленного действия, продукты распада выдуваются плазменной или газовой струей. Этот способ термической резки металлов включает в себя дуговую, воздушно-дуговую, плазменную, лазерную и термогазоструйную резку.
Плавление окислением, с одновременным использованием обоих описанных выше процессов. Эта группа представлена кислородно-дуговой, кислородно-плазменной и кислородно-лазерной резкой.

При термической резке металлов окислением должен соблюдаться ряд условий:

Способ допустим только для металлов, которые плавятся при более высокой температуре, чем воспламеняются. В этом случае твердый металл горит, рез получается широким и ровным, с гладкой поверхностью, продукты обработки удаляются из рабочей зоны с помощью струи кислорода.
Окислы, образующиеся в результате обработки, плавятся при более низкой температуре, чем основной металл заготовки. В этом случае в процессе обработки они находятся в жидком состоянии и без проблем удаляются из реза.
Теплопроводность обрабатываемого металла должна быть невысокой для облегчения нагрева рабочей зоны до температуры воспламенения.

Такими характеристиками обладают железо и углеродистые стали. Железо воспламеняется при температуре кислорода от +1 050 °С до +1 360 °С, плавится – при температуре +1 535 °С. Температура плавления образующихся в процессе обработки окислов БеО и Ее304 составляет +1 350 °С и +1 400 °С соответственно. Железо обладает достаточно низкой теплопроводностью, если сравнивать его с прочими конструкционными материалами.

Области применения термической резки

Термическая резка металлов делится на разделительную и поверхностную. Результатом технологической операции является появление реза в заготовке полости.

Для выполнения поверхностной и разделительной термической резки на определенный участок заготовки воздействуют источником тепла, нагревающим эту зону до температуры плавления.

Источник должен быть очень мощным и высококонцентрированным, чтобы нагревать и расплавлять участок заготовки небольшой ширины.

Чтобы увеличить эффективность резки, следует равномерно распределять тепло по всей толщине обрабатываемого изделия. Термическая резка в этом случае выполняется за счет сгорания металла в кислородной струе или за счет воздействия электрической дуги.

Первый вариант включает в себя кислородную (автогенную, газовую) или кислородно-флюсовую резку, второй – электрическую резку.

И та, и другая технология термической резки металлов может быть как ручной, так и механизированной. Ручная используется в бытовых условиях или на мелких предприятиях с небольшими объемами обрабатываемой продукции, поскольку в этом случае применение автоматизированных систем не будет оправдано с экономической точки зрения.

В ведущих отраслях промышленности около 70–80 % термической резки металлов выполняется при помощи автоматизированного оборудования с фотокопировальным или числовым программным управлением, что позволяет внедрять в производство поточные комплексно-механизированные и гибкие автоматизированные линии для термической резки стали.

Заготовки из низкоуглеродистых, конструкционных и низколегированных сталей обрабатывают при помощи газовой (кислородной) резки, для работы с высоколегированными сталями, чугуном и цветными сплавами подходит кислородно-флюсовая технология резки.

Для проведения ремонтных работ под водой используют подводную кислородную резку. Кроме того, для обработки металлов применяют кислородно-копьевую и электрокислородную технологии.

Термическую резку металлических заготовок используют в следующих сферах:

Способ резки

Разрезаемый материал

Толщина материала, мм

Углеродистые и низколегированные стали

Титан и титановые сплавы

Высоколегированные хромоникелевые и хромистые стали, чугун, медь, латунь, бронза

Конструкционные стали всех марок, алюминий, медь и сплавы на их основе, тугоплавкие металлы

Конструкционные стали всех марок, алюминий, медь и сплавы на их основе, тугоплавкие металлы, титан

Кислородная резка – один из главных способов обработки металлов, который применяется при производстве изделий в металлургической, металлообрабатывающей промышленности, а также в строительной отрасли.

Резка электрической дугой

Для термической резки электрической дугой (дуговой резки) используют:

плавящиеся покрытые электроды;
вольфрамовые неплавящиеся электроды;
флюс;
защитную газовую среду.

При работе с плавящимися электродами металлические заготовки расплавляют в рабочей зоне мощной электрической дугой, при этом требуется сила тока, на 30–40 % превышающая необходимую для проведения сварных работ.

Дуга зажигается в начале реза, затем перемещается вдоль разрезаемой кромки заготовки. В процессе образуются капли расплавленного металла, которые удаляются из рабочей зоны козырьком покрытия электрода. Этот козырек в то же время предохраняет электрод от замыкания.

Недостаток этого варианта термической резки заключается в невысокой производительности и низком качестве реза.

Технология резки под флюсом используется при работе с легированными сталями, толщина которых составляет не более 3 см. Резка выполняется при помощи автоматического сварочного оборудования с применением проволоки Св-08 или Св-08А и флюса АН-348.

Термическая резка в защитной газовой (аргоновой) среде производится с использованием вольфрамовых электродов для работы с легированными сталями и сплавами цветных металлов.

Металл во время обработки проплавляется полностью, сила тока, подаваемого на электрод на 20–30 % превышает необходимую для проведения сварных работ.

Термическая резка с использованием плавящихся покрытых электродов осуществляется в следующих режимах:

Диаметр электрода, мм

Скорость сварки, м/ч

Кислородная резка металла

Одной из разновидностей термической резки окислением является кислородная технология обработки металлических заготовок, при которой частицы металла сжигают струей кислорода, а затем удаляют из рабочей зоны оксидной струей.

Эта технология термической резки чаще всего используется для работы с заготовками из черных металлов. В основе ее лежит тот факт, что железо горит при более низкой температуре, чем начинает плавиться. Кислородную резку деталей выполняют в определенной последовательности.

Начальная точка реза разогревается с помощью ацетиленокислородного пламени до температуры воспламенения в кислороде (при работе со сталями необходимо нагреть заготовку до температуры +1 000…+1 200 °С). Ацетилен может быть заменен более дешевыми газами, такими как природный газ или пропанобутановая смесь.

После этого зону реза подвергают направленному воздействию режущей кислородной струи. Горячий металл загорается, образуя жидкий шлак: 3Fe + 2О2 = Fe3О4 + Q.

Для его удаления из зоны реза также используют кислородную струю. При горении металла выделяется тепло, нагревая сопряженные поверхности до температуры горения в кислороде.

Следовательно, последующая резка не требует дополнительного разогрева заготовки. Струя кислорода перемещается по изделию в соответствии с требуемой формой реза.

Металл, который планируется обрабатывать с помощью технологии термической газокислородной резки, отвечает определенным критериям:

должен плавиться при более высокой температуре, чем температура горения;
образуемые в процессе обработки окислы обязаны плавиться при температуре ниже, чем температура плавления металла заготовки;
в процессе термической резки должно выделяться достаточное количество тепла, чтобы обеспечить непрерывность процесса;
металл обязан обладать невысокой теплопроводностью;
образующиеся в процессе термической резки окислы должны обладать высокой текучестью, чтобы их было легко выдувать из рабочей области кислородной струей.

Такими характеристиками обладают исключительно низкоуглеродистые и низколегированные стали. Для обработки легированных и высоколегированных сталей, чугуна, медных и алюминиевых сплавов кислородную резку не используют.

Термическую резку выполняют машинами или вручную. Последняя производится специальными резаками со сменными мундштуками. Поскольку при ручной невозможно обеспечить равномерное перемещение резака и полностью убрать вибрации режущей струи, качество реза будет низким, нуждающимся в дальнейшей механической обработке.

Высококачественный рез получают при машинной обработке заготовок, способной обеспечить равномерность перемещения резака вдоль линии реза, строгую перпендикулярность режущей кислородной струи к разрезаемой поверхности заготовки, а также постоянное расстояние между мундштуком и металлической поверхностью.

Машинная резка выполняется с помощью автоматического или полуавтоматического оборудования, оснащенного одним или несколькими резаками.

Кислородная термическая резка подходит для работы с металлами, толщина которых составляет от 0,5 до 3 см. Если же их толщина превышает 3 см, то необходимо пользоваться специальными резаками.

Кислородно-флюсовая резка

Следующая разновидность термической резки металлов – кислородно-флюсовая, в процессе которой металл заготовки сжигается в кислородной струе, одновременно с этим в рабочую зону поступает порошкообразный флюс, а образующиеся окислы выдуваются кислородной.

Эта технология подходит для работы с металлами, которые невозможно разрезать при помощи кислородной резки, поскольку в процессе образуются тугоплавкие не жидкотекучие шлаки. Такие металлы представлены высокохромистыми и хромоникелевыми сталями, чугуном, медными сплавами.

Флюс, дополнительно подающийся в рабочую зону, необходим для того, чтобы при его окислении образовывался шлак, смешивающийся с тугоплавким и разбавляющим его. Также флюс необходим для увеличения количества выделяемого тепла.

В основе большей части используемых при этом виде термической резки флюсов – железный порошок. Для работы с хромистыми сталями применяют порошок без добавок.

Обработка чугуна требует дополнительного введения в состав флюса не более 35 % феррофосфора, резка меди и ее сплавов – 10–15 % феррофосфора, а также не более 20 % алюминиевого порошка.

Кислородно-флюсовая термическая резка металлов выполняется на специальном оборудовании, оснащенном резаками, а также флюсопитателем, который подает флюс в кислородную струю.

Технология используется для работы с заготовками из высокохромистых и хромоникелевых сталей, толщина которых не превышает 5 см, а также из серого чугуна не толще 3 см, меди не толще 0,5 см, латуни толщиной не более 1,5 см.

Воздушно-дуговая резка

Следующий вид термической резки металлических заготовок – воздушно-дуговой. Для расплавления металла в зоне реза используют электрическую дугу, а расплавленные частицы удаляют струей сжатого воздуха.

Технология предполагает применение неплавящихся угольных или графитовых электродов, сжатый воздух для удаления шлаков подается параллельно электроду.

Воздушно-дуговая термическая резка выполняется при помощи специальных воздушно-дуговых резаков с силой тока до 1 000 А и угольных или графитовых электродов.

Технология подходит для обработки большинства сплавов, исключение составляют магниевые (из-за возгорания при резке).

В основном такая термическая резка используется для поверхностной обработки заготовок, т. е. для создания отверстий и канавок в поверхности детали, удаления дефектов со слитков и отливок и пр.

Плазменная резка

Еще одна разновидность термической резки плавлением – плазменная резка, в процессе которой металл проплавляется за счет интенсивного воздействия плазменной дуги или плазменной струи с последующим удалением из рабочей зоны частиц металла газовой струей.

При резке плазменной дугой на металл воздействует направленный плазменный поток, образуемый плазмотроном прямого действия.

Резка плазменной струей предполагает применение струи свободной газовой плазмы, образуемой плазмотроном косвенного действия.

Технология подходит для работы с заготовками из любых, в том числе цветных, металлов.

Способ используется для обработки листового алюминия, а также алюминиевых сплавов при толщине листов до 0,8–1,2 см, заготовок из коррозионностойкой стали и медных сплавов. Кроме того, это единственный способ, который применяется для резки изделий из магниевых сплавов.

При использовании ручного оборудования можно разрезать металлы толщиной 0,8–1 см, при применении автоматизированных станков – до 3 см.

Плазменную резку используют для работы с тонколистовыми стальными изделиями, алюминиевыми и медными заготовками, жаропрочными сплавами, керамикой и другими неэлектропроводными материалами.

Главные достоинства плазменной термической резки состоят в высокой производительности, отличном качестве реза, низком числе деформаций при работе с тонкими заготовками, скорости обработки (резка стальных изделий, толщина которых составляет 0,6–2 см, происходит в 3-4 раза быстрее, чем при применении технологии кислородной обработки).

Что касается недостатков этого вида обработки металлов, то к ним можно отнести сложное оборудование, высокий уровень шума, а также высокий процент азота в кромках разреза.

Технологии лазерной и электронно-лучевой термической резки

При лазерной и электронно-лучевой резке металл испаряется за счет воздействия концентрированного источника нагрева. Электронно-лучевая резка выполняется в вакууме, лазерная – в обычных условиях. Для этих технологий характерны высокое качество реза, небольшая область нагрева.

Благодаря автоматизации процесса возможно выполнение разрезов любой конфигурации. Однако само оборудование – сложное и дорогостоящее.

Термическая резка металлов входит в большинство циклов обработки. Правильность ее выполнения напрямую влияет на качество готовых деталей, механизмов, инструментов и т. п. Она позволяет обрабатывать заготовки из серых и белых чугунов, сплавов цветных металлов.

Автоматизированное оборудование для термической резки, создание технологических линий обработки позволяет изготавливать качественные, прочные, надежные и долговечные изделия и детали.

Читайте также: