Обработка холодом металла для чего

Обработка стали холодом

Обработка холодом состоит в погружении 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 выравнивания температур по сечению.

Охлаждение изделия до отрицательных температур производят в смеси твердой углекислоты (сухой лед) со спиртом, дающей охлаждение до —78,5° либо в жидком азоте (—196°).

Кроме этого, применяют холодильные установки,позволяющие изменять температуру рабочей камеры в больших пределах.

Обработка холодом применяется для сталей, в которых после закалки сохранилсяостаточный аустенит (углеродистая сталь с содержанием больше 0,6% С, легированная инструментальная сталь).

Результат обработки металла холодом

В результате обработки холодом за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит повышается твердость, износостойкость, а поэтому такой вид обработки применяется при изготовлении инструмента.

Кроме того, при обработке холодом стабилизируются размеры деталей, а потому эта обработка применяется для измерительного инструмента и точных деталей машин

Дефекты термообработки

Дефекты металла возникают в результате неправильно выбранного или неправильно проведенного режима термической Обработки. Наиболее часто встречающимися дефектами являются: перегрев, пережог, обезуглероживание поверхностного слоя.

Перегревом называется нагрев металла до температуры, превышающей критическую. Перегрев вызывает усиленный рост и резкое снижение прочностных свойств металла. Повышенный рост зерен может произойти и в случае отжига при заданной температуре, но при условии увеличения его продолжительности.

Пережогом называется нагрев металла, вызывающий окисление границ зерен и потерю пластических свойств. Пережог является неисправимым браком. Обезуглероживание поверхностного слоя представляет собой такой дефект металла, который возникает при термической обработке в случае наличия в печном пространстве окислительной атмосферы. При этом углерод, входящий в состав стали* выгорает и на поверхности стали образуются зерна чистого железа— феррита. Это ведет к снижению прочностных свойств поверхностного слоя. Глубину обезуглероженного слоя определяют путем металлографического анализа микроструктуры образца металла.

Источник

Обработка холодом стальных деталей

Для того, чтобы расставить все точки над i в этом вопросе, обратимся к основам теории ТОМ:

Но во всех ли случаях упрочняющей термообработки необходимо делать криогенную обработку деталей? Давайте сначала определим случаи, где обработка холодом целесообразна:

Для мерительного инструмента и деталей из конструкционных сталей, для которых важна размерная стабильность (стабильность геометрических размеров). Если для таких сталей в процессе эксплуатации будут созданы условия для прохождения более полного мартенситного превращения, то это приведет к изменению геометрии изделия

Для изделий, у которых достижение требований КД без обработки холодом невозможно.

Для изделий, которые работают в условиях пониженных температур. Низкие температуры могут привести к более полному превращению аустенита в мартенсит, что приведет к повышению твердости и напряжений в металле. При этом вероятность трещинообразования сильно возрастает. Обработка таких сталей холодом и последующее доведение механических свойств до требований КД отпуском, может снять данную проблему.

Явление стабилизации аустенита

Из всего перечисленного можно сделать вывод, что область сталей, подходящих для обработки холодом, очень ограниченна. Ещё более сильно ограничивает ее применение некоторые моменты механизма фазового превращения и его последствия. Как мы уже упоминали, при обработке холодом увеличиваются внутренние напряжения в металле. Это может привести к образованию трещин в обрабатываемых деталях. Для предотвращения такого последствия данной технологии можно сделать промежуточный отпуск, который снизит напряжения в том, первом мартенсите, который образовался при закалке. Но при этом возможно проявление такого явления, как стабилизация аустенита, при котором в металле происходят процессы, которые снижают процент превращения остаточного аустенита в мартенсит при последующей обработке холодом. Описание данного явления есть в книгах Лахтина, Геллера и у многих других авторов книг по металловедению, но нигде не встречается детальное описание кинетики этого явления. Даже 20-30 минут нахождения закаленной стали при комнатной температуре, может привести к стабилизации аустенита и количественному снижению его превращения в мартенсит при последующей обработке холодом.

Из книги Ю.А. Геллера Инструментальные стали:

“Выдержка закаленной стали выше 0⁰С более 15 мин. или ее нагрев до 150-175⁰С перед дальнейшим охлаждением вызывает стабилизацию аустенита; В этом случае уменьшается количество превращающего аустенита, а следовательно, и прирост твердости при охлаждении ниже 0⁰С”

Именно по этой причине, обработку холодом следует делать непосредственно после закалки. Но и в этом случае в стали останется некоторое количество остаточного аустенита. Для его уменьшения можно сделать повторную обработку холодом, но это также не даст полного превращения, как и третья и четвертая обработка. Интенсивность и количественное превращение аустенита при каждой последующей обработке холодом будет снижаться. Обработку холодом закаленной или отпущенной стали можно сделать и через несколько суток или месяцев, что даст прирост твердости, но мизерный. Ниже представлена очень полезная таблица с содержанием остаточного аустенита после обработки холодом.

Из практических наблюдений:

Время до стабилизации аустенита и степень этой стабилизации зависит в большей мере от напряжений в металле, возникающих при закалке. Эти напряжения в свою очередь зависят от содержания углерода, легирующих элементов в стали и скорости охлаждения при закалке.

Закончить статью хотелось бы ответом на самый популярный вопрос от наших читателей: выгодно или не выгодно применять обработку холодом для сталей и повысит ли это прочность? Однозначно выгодно, если это прописано в требованиях чертежа. Как правило, в КД ставятся требования по твердости, параметру, который легче всего измерить, и с которым остальные механические характеристики находятся в корреляции. При этом нужно помнить, что повышая прочность и твердость, понижаются пластичность и вязкость, что сильно снижает длительную работоспособность большинства изделий.

Источник

Первичная (холодная) обработка продуктов

Обработка стали холодом

Обработка холодом состоит в погружении 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 выравнивания температур по сечению.

Охлаждение изделия до отрицательных температур производят в смеси твердой углекислоты (сухой лед) со спиртом, дающей охлаждение до —78,5° либо в жидком азоте (—196°).

Кроме этого, применяют холодильные установки,позволяющие изменять температуру рабочей камеры в больших пределах.

Обработка холодом применяется для сталей, в которых после закалки сохранилсяостаточный аустенит (углеродистая сталь с содержанием больше 0,6% С, легированная инструментальная сталь).

Результат обработки металла холодом

В результате обработки холодом за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит повышается твердость, износостойкость, а поэтому такой вид обработки применяется при изготовлении инструмента.

Кроме того, при обработке холодом стабилизируются размеры деталей, а потому эта обработка применяется для измерительного инструмента и точных деталей машин

Дефекты термообработки

Дефекты металла возникают в результате неправильно выбранного или неправильно проведенного режима термической Обработки. Наиболее часто встречающимися дефектами являются: перегрев, пережог, обезуглероживание поверхностного слоя.

Перегревом называется нагрев металла до температуры, превышающей критическую. Перегрев вызывает усиленный рост и резкое снижение прочностных свойств металла. Повышенный рост зерен может произойти и в случае отжига при заданной температуре, но при условии увеличения его продолжительности.

Пережогом называется нагрев металла, вызывающий окисление границ зерен и потерю пластических свойств. Пережог является неисправимым браком. Обезуглероживание поверхностного слоя представляет собой такой дефект металла, который возникает при термической обработке в случае наличия в печном пространстве окислительной атмосферы. При этом углерод, входящий в состав стали* выгорает и на поверхности стали образуются зерна чистого железа— феррита. Это ведет к снижению прочностных свойств поверхностного слоя. Глубину обезуглероженного слоя определяют путем металлографического анализа микроструктуры образца металла.

Холодная обработка пищевых продуктов.

Холодная обработка пищевых продуктов. Холодная обработка пищевых продуктов охватывает круг работ, которые сопряжены с большими трудовыми затратами. Применение наиболее прогрессивных и рациональных способов и приемов позволяет сохранить пищевые вещества, обеспечить высокое качество изделий и облегчить труд работающего. Пищевые вещества (углеводы, белки и т. д.), особенно в продуктах рас
тительного происхождения, находятся в теснейшей связи с неперевариваемой клетчаткой. Она является своего рода преградой, которая затрудняет проникновение пищеварительных соков к пищевым веществам. Для устранения этого препятствия человек с древних времен пользуется самыми распространенными способами размягчения тканей: отбиванием, дроблением, размалыванием и т. д. При этом внутренняя структура пищевых продуктов изменяется, что значительно облегчает процесс пережевывания, а затем переваривания пищи. В настоящее время для очистки картофеля, шинковки и нарезки овощей, измельчения мяса, протирания отварных картофеля и других овощей, взбивания и т. п. широко используются всевозможные машины и приспособления. Холодная, или механическая, обработка продуктов преследует цель — удаление несъедобной части продукта путем сортировки, промывания и очистки. В этот процесс также входят нарезка продуктов на куски, измельчение в однородную массу (фарш), смешивание, панирование (покрытие поверхности сырых изделий сухарями), смачивание в льезоне (смесь яиц с водой или молоком). Пищевые продукты перед изготовлением блюд следует тщательно промывать. Щавель, шпинат, различную зелень и лук сначала нужно перебрать, а затем промыть. Картофель, корнеплоды (морковь, свекла, репа, сельдерей и др.), огурцы, прежде чем очистить, следует промыть, а после очистки снова ополоснуть. Овощи промывают холодной водой, не оставляя их в воде продолжительное время, чтобы они не теряли известную часть растворимых питательных веществ и витаминов. Картофель и корнеплоды лучше и быстрее мыть с помощью щетки. Шпинат, щавель, салат и другие листовые овощи необходимо мыть во вместительной посуде с большим количеством воды, сменяя ее до тех пор, пока на дне посуды не исчезнут следы песка. Прежде чем приступить к промыванию овощей и зелени, следует удалить испорченные части. Салат и капусту обрабатывают, удалив загрязненные листья. Кочаны капусты на 3—5 мин рекомендуется погружать в подсоленную воду — это гарантирует от попадания гусениц в пищу. При очистке картофеля и корне¬плодов нужно срезать тонкий верхний слой. Это правило особенно важно соблюдать в отношении картофеля, под кожицей которого содержится больше витаминов, чем в его сердцевине. Однако проросший картофель, в особенности весной, по истечении марта месяца, следует очищать, срезая более толстый слой, так как на поверхности (особенно около глазков) образуется ядовитое вещество соланин. По той же причине удаляют позеленевшую часть картофеля. Спаржу очищают острым ножом сверху вниз, стараясь не отламывать головку. Все продукты надо резать острым ножом из нержавеющей стали на деревянной доске. Хорошо иметь отдельные доски и ножи для нарезки овощей, мяса и рыбы. Подготовка (обработка) продуктов — очистка, промывание и особенно нарезка — не должна производиться заблаговременно: выполнять эту работу лучше перед тепловой обработкой. Выполнение указанных правил снижает потери витаминов и сохраняет продукт от увядания. Если по той или иной причине необходимо сохранить подготовленные продукты некоторое время, то их следует накрыть куском влажной ткани или крышкой и поместить в холодное место. Сырые овощи, предназначенные для приготовления салата, сразу же после нарезки следует слегка сбрызнуть уксусом, лимонным соком или лимонной кислотой, чтобы предохранить витамин С от разрушительного воздействия кислорода. Мороженые мясо, птицу и рыбу надо размораживать постепенно, не нарезая на порционные куски, чтобы продукты сохранили свою сочность. Быстрозамороженные овощи, предназначенные для приготовления различных блюд, во избежание вытекания сока размораживать не следует. Их сразу опускают в кипяток или кладут в соответствующее блюдо. Быстрозамороженный стручковый перец и помидоры, используемые для салатов, а также фрукты, которые будут поданы к столу в сыром виде на десерт, не следует размораживать в упаковке. Их нужно положить в эмалированную ИЛИ фарфоровую посуду, чтобы полностью сохранить выделяющийся сок. Для наиболее рационального использования продуктов при изготовлении блюд необходимо предварительно отобрать подходящие овощи и мясо. В таком случае будет затрачено меньше сил, количество отходов сведено к минимуму и блюдо будет готовым значительно быстрее. Так, например, желтый картофель нужно использовать для блюд с соусом, овощных запеканок, рагу и т. п.; рассыпчатый картофель — для приготовления пюре, а также для жаренья; мелкий картофель — варить в неочищенном виде, а после очистки использовать для приготовления котлет и других изделий. Стручки сладкого перца средней величины и правильной формы, красные помидоры, баклажаны, крупный картофель используют для фарширования. Для салатов рекомендуется отбирать крепкие, хорошей формы помидоры, огурцы н перец. Перезрелые и мятые помидоры используют для приготовления супа-пюре и соусов. ()

Общие сведения об обработке металлов давлением

Вопросы:

1. Сущность обработки металлов давлением, ее основ­ные виды.

2. Холодная и горячая обработка давлением. Обрабаты­ваемые материалы.

3. Преимущества перед литейным про­изводством и обработкой резанием.

1. Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Обработка давлением – прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращение трудоёмкости последующей обработки резанием и уменьшением себестоимости продукции.

При производстве металлических изделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем состоянии, так и в холодном. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

Прокатка – один из важных способов обработки давлением, которым обрабатывается более 75% выплавляемой стали.

Прокатка осуществляется захватом заготовки 2 (рис. 22, а) и деформации ее между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана; при этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Валки имеют гладкую поверхность для прокатки листов или вырезанные ручьи, составляющие калиб­ры, для получения круглой или квадратной полосы, рельсов и т. д.

Волочение – процесс, при котором заготовка 2 (рис. 22, б) протягивается на волочильном стане через отверстие инструмен­та 1, называемого волокой; при этом поперечное сечение заготовки уменьшается; а длина ее увеличивается.

Рис. 22 Схемы основных способов обработки металлов давлением:

а – прокатка; б – волочение; в – прессование; г – ковка; д – объ­емная штамповка; е – листовая штамповка

Прессование представляет собой выдавливание заготовки 4 (рис. 22, в), помещенной в специальный цилиндр – контейнер 3,через отверстие матрицы 5, удерживаемой матрицедержателем 6;выдавливание производят при помощи пресс – шайбы 2 и пуансона 1. В зависимости от формы и размеров отверстия матрицы получают разнообразные изделия.

Ковка металла заключается в обжатии заготовки 2 (рис. 22, г) между верхним 1 и нижним 3 бойками молота с применением раз­нообразного инструмента. Свободной ковкой получают поковки раз­личных размеров простой или сложной формы на молотах или прессах.

Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и разме­ры получаемой поковки. Различают объемную и листовую штам­повку.

При объемной штамповке (рис. 22, д) на горячештамповочных молотах и прессах заготовка 2 деформируется в штампе 1. Листовая штамповка (рис. 22, е) осуществляется на холодноштамповочных прессах. При помощи пуансона 1, прижима 2, матрицы 3 листовая заготовка 4 превращается в изделие.

2. Различают горячую и холодную обработки металлов давлением.

Горячая обработка металлов давлением характеризуется явлениями возврата и рекристаллизации, отсутствием упрочнения (наклёпа); механические и физико-химические свойства металла изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при обработке металлов давлением заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. Полосчатость макроструктуры создаёт анизотропию механических свойств, при которой свойства материала вдоль волокон обычно лучше его свойств в поперечном направлении.

При холодной обработке металлов давлением процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механические и физико-химические характеристики металла, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной обработке металлов давлением возникает текстура, создающая анизотропию не только механических, но и физико-химических свойств металла. Используя влияние обработки металлов давлением на свойства металла, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе.

Для получения заготовок обработкой давлением используют различные деформируемые материалы: углеродистые, легированные и высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана, никеля и др.

Исходными заготовками для обработки металлов дав­лением являются плоские и круглые слитки разных раз­меров и массы из стали и цветных сплавов.

До обработки давлением слитки подвергают механи­ческой обработке, которая заключается в отрезке при­быльной и донной частей и очистке поверхности от ли­тейных пороков.

Размеры и масса слитков зависят от их назначения. Цилиндрические слитки предназначаются для изготовле­ния прутков, профилей и труб. Их получают главным об­разом методом непрерывного литья. Плоские слитки при­меняют для изготовления различных поковок, листов, лент, полос и т. п.

3. Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с литейным производством и обработкой резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе.

Эти и другие преимущества обработки металлов давлением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке. Совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением, а также применяемого оборудования позволяет расширять номенклатуру деталей, изготовляемых обработкой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и размерам, а также повышать точность размеров полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением.

Источник

Холодная обработка металлов

Только несколько металлов легко поддаются холодной обработке, в том числе, низкоуглеродистые стали, а также ферритные и аустенитные нержавеющие стали. Холодную обработку металлов часто называют также нагартовкой, наклепом, деформационной обработкой. Холодная обработка включает деформирование металла в пластической стадии при комнатной температуре или ниже температуры рекристаллизации. Степень, до которой металл можно подвергать холодной обработке зависит от его пластичности.

Механизмы холодной пластической деформации

При холодной пластической деформации металла происходит скольжение компонентов его структуры относительно друг друга. Известно, что металлы, в том числе, сталь, имеют кристаллическую структуру и состоят из зерен неправильной формы и различных размеров. Ориентация кристаллической атомной структуры в каждом отдельном зерне является упорядоченной, но имеет различное направление в разных зернах. В процессе холодной обработки зеренная структура металла изменяется, происходит фрагментация зерен, движение атомов и искажение атомной решетки (рисунок).

В результате холодной обработки зерна удлиняются, получают смещения атомной решетки и разбиваются на фрагменты. Для улучшения зеренной структуры нагартованного металла проводят специальные термические обработки: отжиг (отпуск) для снятия остаточных напряжений (возврат) и отжиг для формирования новых зерен (рекристаллизация).

В ходе холодной обработки металла в ослабленных местах атомной решетки зерен возникают плоскости сдвига, которые приводят к деформации зерен. При холодной обработке для продолжения деформирования металла требуются все более значительные усилия. При холодной обработке металла не происходит процессов рекристаллизации и возврата деформированных зерен. За счет увеличения плотности дислокаций, искажений атомной решетки и фрагментации зерен возникает упрочнение металла, которое называют наклепом, нагартовкой или деформационным упрочнением. Такое упрочнение металла вызывает в поверхностном слое изделия высокие сжимающие остаточные напряжения.

Преимущества холодной обработки

1) Повышение предела прочности и предела пластичности металла.
2) Повышение твердости металла, но снижение его пластичности.
3) Повышение качества поверхности и допусков на размеры.
4) Является эффективным способом повышения твердости для тех металлов, которые не способны упрочняться термической обработкой.

Недостатки холодной обработки

1) Только пластичные металлы, например, низкоуглеродистая сталь, могут подвергаться холодной обработке.
2) Возникают остаточные напряжения, не всегда благоприятные. Чрезмерная холодная обработка металла приводит к его охрупчиванию. Для восстановления пластичности металла требуется проведение отжига.
3) Зеренная структура металла искажается и фрагментируется – требуется термическая обработка.
4) Легко подвергать обработке только относительно небольшие изделия – большие требуют значительных усилий.

Металлы для холодной обработки

Следующие металлы легко подвергаются холодной обработке в виде листов и других простых по форме видов изделий.
1) Низкоуглеродистая сталь.
2) Медь.
3) Латунь.
4) Бронза.
5) Алюминиевая бронза.
6) Ферритные и аустенитные нержавеющие стали.
7) Сплавы на основе никеля (монель).
8) Нелегированный алюминий, сплавы алюминия с марганцем, сплавы алюминия с магнием, а также некоторые другие алюминиевые сплавы.

Процессы холодной обработки металлов

К процессам холодной обработки металлов относятся следующие:
1) Деформирование сдвигом или срезом: вырубка, пробивка, перфорирование, обрезка, продольная и поперечная резка и тому подобное.
2) Волочение: волочение проволоки, волочение труб, чеканка рельефа, правка растяжением.
3) Обработка давлением: холодная прокатка, чеканка, клепка, холодная штамповка, холодная ковка, накатка резьбы, накатывание насечки.
4) Гибка: гибка прутков, гибка на угол, роликовая правка, отбортовка.

Источник