Лабораторный практикум по материаловедению

на соответствующее значение эталонной стали 45.

Приведенные данные по характеристике обрабатываемости резанием различных марок сталей и сплавов указывают на низкую обрабатываемость высокомарганцовистых высокопрочных сталей, жаропрочных сплавов на железонике левой и никелевой основах в деформированном и особенно в литом состояниях, что обусловливает повышенную трудоемкость технологических операций механической обработки деталей из этих материалов.

Комплекс работ, проведенных ЦНИИТМАШ, по изысканию путей и средств повышения обрабатываемости резанием сталей и сплавов указывает, что это повышение может быть достигнуто за счет:

1) увеличения работоспособности режущего инструмента путем применения высокопроизводительных инструментальных материалов: твердых сплавов повышенной износостойкости марок ВК60М, ВКЮОМ, ВКЮХОМ, а также сплавов титановольфрамовой группы ТТ10К8, ТТ20К6;

2) рационального использования быстрорежущих сталей повышенной теплостойкости марок Р6М5К5, Р9М4К8, а также полученных методом порошковой металлургии марок Р6М5ФЗ-МП, Р6М5К5-МП и др. Указанное обеспечивает повышение обрабатываемости труднообрабатываемых материалов на 20–30%;

3) нанесения износостойких покрытий на рабочие поверхности инструмента;

4) использования эффективных экологически чистых водосмешиваемых эмульсий, синтетических и полусинтетических жидкостей (Ивкат, СЦМ, Тафол, Эфтол, Автокат, Ивхон, Прогресс 13К и др.), а также жидкостей на масляной основе (ГСВ-1, Сульфогол, СП 44), применение которых позволяет повысить износостойкость инструмента и снизить шероховатость обработанных поверхностей;

5) использования при резании труднообрабатываемых материалов методов с вводом дополнительных энергий в зону резания (подогрев срезаемого слоя, обработка с вибрациями и др.);

6) применения металлургических способов путем введения в поверхностный слой заготовок (при их выплавке) несколько повышенного процентного содержания химических элементов серы и фосфора, что позволяет увеличить эффективность черновой обработки крупных заготовок из углеродистых и легированных конструкционных сталей.

При анализе уровня обрабатываемости и определения коэффициентов для приведенных выше условий получистового точения использованы справочные материалы, опубликованные в технической литературе, результаты научно-исследовательских работ, выполненных в ЦНИИТМАШ, научно-исследовательских организациях других отраслей, а также опыт ведущих заводов машиностроения. Для отдельных марок сталей использованы расчетные методы определения обрабатываемости резанием исходя из их физико-механических характеристик и химического состава.

Сварка. Свариваемость сталей и сплавов является комплексной характеристикой, определяющейся, с одной стороны, технологическими трудностями, возникающими при сварке, и с другой – эксплуатационной надежностью сварных соединений.

Характеристики так называемой технологической свариваемости, по которой материал условно разделен на следующие 4 группы:

– свариваемый без ограничений (при сварке нет необходимости применения каких-либо дополнительных технологических операций, например подогрева, промежуточной термообработки и т. п.);

– ограниченно свариваемый (при сварке рекомендуются или необходимы дополнительные операции);

– трудно свариваемый (невозможно получить качественное соединение без обязательного применения дополнительных операций);

– не применяемый для сварных конструкций.

Характеристика свариваемости состоит из трех частей:

– группа свариваемости материала.

– рекомендуемые способы сварки.

– необходимость дополнительных технологических операций при сварке.

Группа свариваемости определяется химическим составом материала, степенью разработки технологических приемов сварки и освоения в производственных условиях. Способы сварки являются рекомендуемыми, возможно использование и других.

Под технологическими дополнительными операциями подразумевается ряд мер, необходимых при сварке II и III групп материалов, а в особых случаях и для I группы. К их числу относятся: необходимость предварительного и сопутствующего подогрева, проковка швов, наложение отжигающих валиков, ограничение скоростей нагрева и охлаждения при сварке, вылеживание после сварки, немедленная после сварки термообработка и пр.

Назначение таких операций зависит от принятой технологии сварки и рада других причин, объяснение которых дается в соответствующей технической литературе.

Необходимость подогрева при сварке и последующей термообработке приводится в характеристиках свариваемости. Другие операции, примеры которых были приведены выше, определяются при разработке технологического процесса сварки.

Приняты следующие условные обозначения способов сварки (см. Сборник нормативных документов системы аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства, под ред. Котельникова B.C.М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999):

РД – ручная дуговая сварка покрытыми электродами;

РАД – ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом;

МП – механизированная сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа;

АФ – автоматическая сварка под флюсом;

ЭШ – электрошлаковая сварка;

ЭЛ – электроннолучевая сварка;

КТ – контактная сварка.

Необходимость подогрева и последующей термообработки может возникнуть при сварке металла больших толщин из углеродистых, низколегированных и других марок стали (что в формулировках свариваемости не отмечается).

Толщина соединений, с которой необходимы подогрев и термообработка, регламентируется соответствующими инструкциями отраслевых производств.

В табл. 5 и 6 приведены в качестве примера некоторые РД 2730.940.102–92 «Котлы паровые и водогрейные, трубопроводы пара и горячей воды. Сварные соединения. Общие требования», которые могут служить в качестве ориентировочных данных для выбора и назначения режимов подогрева и термообработки сварных соединений.

Режимы подогрева (и термообработки) должны выбираться в зависимости от ряда условий: толщины, жесткости конструкции, содержания углерода и легирующих элементов, интенсивности теплоотвода и т. д. Имеет также значение и применяемый способ сварки. Так, для КТ подогрев и последующая термообработка применяются редко из-за относительно небольших свариваемых сечений и технологических особенностей сварки. Способ РАД применяется чаще всего при сварке деталей тонких сечений, где обычно подогрев не требуется.

При сварке под флюсом, газоэлектрической и ручной дуговой сварке подогрев необходим для некоторых марок низколегированных, легированных (кроме сталей аустенитного класса) и углеродистых (при содержании углерода выше 0,22 %) сталей.

Таблица 4

Значения температур подогрева при сварке

Таблица 5

Примерные режимы термообработки сварных соединений

Необходимость предварительного подогрева перед началом сварки зависит также от свариваемых толщин и технологии выполнения сварки («на проход», «горкой», «каскадом» и т. д.).

Режимы термообработки для сварных соединений конструкций из снижения твердости сварных соединений – высокотемпературный отпуск; выравнивания свойств и улучшения структуры (например, после ЭШ) – нормализация, полной термообработки – закалка с отпуском.

При определении режимов термообработки необходимо принимать во внимание марку стали, назначение конструкции, возникновение деформаций, допустимый уровень остаточных напряжений и т. д.

Необходимость термообработки обычно указывают в ТУ на деталь. Если этого нет, то можно руководствоваться следующим: низкоуглеродистые и низколегированные стали подвергаются термообработке в зависимости от назначения конструкции (степени ответственности), при сварке толщины свыше 60 мм для углеродистых и среднелегированных марок сталей необходима немедленная термообработка.

Если по условиям изготовления термообработка невозможна, то технологическим процессом должны быть предусмотрены операции для снижения уровня напряжений до безопасной величины (например, проковка, сварка поперечной горкой, правильный выбор режимов и материалов).

В табл. 6 приведены принятые режимы термообработки сварных соединений для некоторых марок сталей.

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

Лабораторные работы проводятся после изучения студентами теоретического материала. В начале лабораторных занятий преподаватель дает вводную информацию, обращая особое внимание на охрану труда и пожарную безопасность, на порядок проведения и защиты лабораторных работ. Перед выполнением каждой работы дается дополнительная информация по ее содержанию и охране труда, проводится знакомство студентов с оборудованием, приборами и материалами.

В некоторых работах студенты выполняют только часть общего исследовательского комплекса, например получают зависимость температуры отпуска на твердость только для одного образца стали. Далее материал, полученный всеми звеньями студентов, объединяется, и каждый студент строит график влияния температуры отпуска на твердость стали.