Комбинированные методы размерной обработки

Комбинированными называют методы, одновременно совмещающие в одном процессе размерной обработки заготовки несколько (два и более) тра­диционных методов, рассмотренных выше, например химическую и механи­ческую обработку резанием.

Комбинированные методы являются результатом научно-технического совершенствования процессов размерной обработки. Они повышают произ­водительность, точность обработки и ее экономические показатели.

Рассмотрим возможности разработанных на сегодняшний день и осво­енных промышленностью комбинированных методов на примере ультразву­ковой обработки резанием, плазменно-механической обработки и электро­химического шлифования.

Ультразвуковая механическая обработка (УЗМОР) включает опера­ции точения, фрезерования, строгания, протягивания, сверления, зенкерова-ния и нарезания резьб.

Ультразвуковые колебания прикладываются к инструменту в осевом на­правлении подачи. В зависимости от кинематики движений заготовки отно­сительно режущей кромки они могут быть продольными, крутильными и изгибными. Механизм воздействия ультразвука на процесс обработки за­ключается в снижении сопротивления обрабатываемого материала пластиче­ской деформации в зоне стружкообразования, снижении трения в контактных зонах и облегчении поступления смазочно-охлаждающих веществ (СОВ).

Под действием приложенных к инструменту ультразвуковых колебаний напряжения в пластически деформируемой зоне резания приобретают пуль­сирующий характер. Под действием пульсирующих напряжений дислокации перемещаются (также меняя знак), отходя от препятствий и преодолевая их. В результате происходит разблокировка дислокаций, число одновременно преодолеваемых препятствий снижается, повышая подвижность дислокации. И, как следствие, происходит снижение сопротивления пластической дефор­мации в зоне резания — снижается сила резания.

Колебания инструмента улучшают подвод СОВ в контактные зоны и, повышая скорость перемещения относительно обрабатываемой поверхности, снижают коэффициент трения. Результатом этого являются снижение темпе­ратуры в контактных зонах и исключение образования нароста, снижение пластической деформации обрабатываемой поверхности, ее наклепа и значе­ния остаточных напряжений, улучшение условий схода стружки, повышение износостойкости режущего инструмента.

При точении режущая кромка совершает колебания перпендикулярно обрабатываемой поверхности со значением амплитуды 2А»18 мкм. При фрезеровании торцевыми и концевыми фрезами используют крутильные УЗК, а при протягивании — продольные. Черновое сверление выполняется с продольными, а рассверливание — с крутильными УЗК. Наиболее эффек­тивно использование УЗК при нарезании наружных и внутренних резьб. При нарезании резьбы метчиком и плашками оно выполняется с наложением продольных колебаний и позволяет уменьшить в 6—8 раз момент резания, предотвратить налипание стружки на режущие кромки при обработке титана, повысить стойкость инструментов, снизить наклеп металла в зоне обработки, 622

сократить трудоемкость операции, производя нарезку меньшим числом мет­чиков (например, сразу вторым).

В качестве оборудования при ультразвуковом механическом резании используются стандартные станки, оснащенные сменными ультразвуковыми головками. Эффективность применения способа определяется надежностью работы ультразвуковых головок и качеством акустических контактов.

Плазменно-механическая обработка включает локальный нагрев сре­заемого слоя плазменной струей и последующий съем этого слоя режущим инструментом.

Основные затраты энергии при резании идут на пластическую деформа­цию обрабатываемого металла выше поверхности среза. Установлено, что в зоне стружкообразования в процессе пластической деформации углероди­стая сталь нагревается до температур, не превышающих 300 °С. Термиче­ский нагрев зоны до 800—1000 °С увеличивает ее пластичность. При этом снижается усилие деформаций — усилие резания — и уменьшается объем металла, вовлеченного в упругопластическую деформацию при резании.

Удаляемый при резании металл нагревают плазменным электрическим разрядом на расстоянии, исключающем разогрев режущего инструмента. Регулированием тока разряда обеспечивается нагрев металла на глубину ре­зания до высоких температур.

Увеличение пластичности материала и снижение его сопротивления де­формированию позволяют увеличить производительность процесса резания, при этом в 2—3 раза возрастает стойкость режущего инструмента. Режимы плазменно-механической обработки некоторых материалов приведены в табл. 32.6. Из приведенных результатов следует, что при черновом точении нагрев увеличивает производительность обработки в 4—8 раз.

Таблица 32.6. Режимы плазменно-механической обработки сталей

Обрабатываемая заготовка	Режимы	Повышение производи­тельности, %
нагрева	резания
Ток, А	Напряжение, В	Скорость резания, м/мин	Глубина резания, мм
Точение
Слиток 10ГН2МФА
Отливка 110ПЗЛ
Поковка 15Ч2Н2МФА

Процесс чистовой обработки проводится на тех же станках, но уже без использования плазменного нагрева. Для плазменно-механической обработ­ки используются стандартные станки, оснащенные плазменной установкой мощностью 150 кВА с рабочим током 200—500 А, напряжением 100—270 В. В качестве плазмообразующего газа в гшазматроне используют воздух.

Электрохимическое шлифование (ЭХШ) выполняют токопроводя-щим алмазным или абразивным кругом на металлической связке, являю­щимся катодом в электролите. Преимущества ЭХШ по сравнению с тради­ционным шлифованием следующие:

- исключаются сколы и трещины в металле при обработке хрупких сплавов (типа ЮНДК35Т);

- исключаются прижоги при обработке вязких сталей (типа 12X18Н9Т);

- резко повышается производительность.

Чистовое ЭХШ позволяет выйти на предельно возможную чистоту об­работки обычным методом ^0,ty.

При электрохимическом шлифовании несколько снижается износ круга и его засаливание, обеспечивается обработка материалов, образующих не­растворимые пленки, исключающие обработку материала методами ЭХО.

Контрольные вопросы

1. Какова физическая сущность электрофизических методов размерной обработки?

2. Каковы сущность электрохимической обработки и область ее применения?

3. Назовите основные параметры электроэрозионной обработки и требования к ма­териалу изделия.

4. Назовите механизм разрушения и пути снижения износа электрода-инструмента при ЭЭО и ЭХО.

5. Чем определяются точность и качество поверхности при ЭЭО?

6. Назовите технологические возможности лазерной обработки (обрабатываемый материал, операции обработки).

7. Возможны ли ЭЭО и ЭХО керамики?

Использованная литература

Абраимов Н. В., Елисеев В. С, Крымов В. В. Авиационное материаловедение и тех­нология обработки металлов/Под ред. Н.В. Абраимова. — М.: Высшая школа, 1998.444 с.

Амитан Г. Л., Байсуков И. А., Волосатое В. А. и др. Справочник по электрохи­мическим и электрофизическим методам обработки. — Л.: Машиностроение, 1988.717 с.

Анисимов Н. Ф., Благов Б. Н. Проектирование литых деталей. — М.: Машинострое­ние, 1967. 272 с.

Беттеридж У. Жаропрочные стали типа нимоник. — М.: Металлургия, 1961. 381с.

Бирюков Б. Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработ­ки. — М.: Машиностроение, 1981.127 с.

Бобров Ф. В. Основы теории резания металлов. — М.: Машиностроение, 1975.344 с.

Бокштейн С. 3. Строение и свойства металлических сплавов. — М.: Металлургия, 1971.496 с.

Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. Пер. с англ./Под ред. Я. С. Уманского. — М.: Мир, 1976.172 с.

Верещака Д. С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покры­тиями. — М.: Машиностроение, 1993. 336 с.

Воздвиженский В. М., Грачев В. А., Спасский В. В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1984.432 с.

Вол А. Е. Строение и свойства двойных металлических систем. Том I. — М.: Госу­дарственное издательство физико-математической литературы, 1959. 756 с.

Волокнистые композиционные материалы с металлической матрицей/М. X. Шорше-ров, А. И. Колпашников, В. И. Костиков и др./Под ред. М. X. Шоршерова. — М.: Машиностроение, 1981.272 с.

Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Якушев А. М. Общая металлургия. — М.: Ме­таллургия, 1985.480 с.

Геллер Ю. А. Инструментальные стали. — М.: Металлургия, 1975. 584 с.

Геллер Ю. А., Рахштадт А. Т. Материаловедение. — М.: Металлургия, 1989. 456 с.

Глазунов С. Г., Моисеев В. Н. Конструкционные титановые сплавы. — М.: Метал­лургия, 1974. 368 с.

Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М.: Металлур­гия. 1985. 408 с.

Григорович В. К. Металлическая связь и структура металлов. — М.: Наука, 1988. 296 с.

Григорьянц А. Г., Соколов А. А. Лазерная резка металлов. — М.: Высшая школа, 1988.124 с.

Гуляев А. П. Металловедение. — М.: Металлургия, 1986. 542 с.

Гуревич С. М. Справочник по сварке цветных металлов / Отв. ред. Замков В.Н. — Ки­ев: Наукова Думка, 1990.

Дольский А. М. и др. Технология конструкционных материалов. — М.: Машинострое­ние, 1992. 447 с.

Дубинин Г. Я, Тананов А. И. Авиационное материаловедение. — М.: Машинострое­ние, 1988. 320 с.

Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений. ГОСТ 25346—89. — М.: Издательство стандартов, 1989.

Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита их от окисления/Б. Е. Патон, Г. Б. Строганов, С. Т. Кишкин и др. — Киев: Наукова Думка, 1987.256 с.

Журавлев В. К, Николаева В. И. Машиностроительные стали: Справочник. — М.: Машиностроение, 1992.480 с.

Захаров А. М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем. — М.: Металлургия, 1978.292 с.

Золоторевский В. С. Механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1983. 351с.

Зорев Н. Н. и др. Развитие науки о резании металлов. — М.: Машгиз, 1967.

Иванов В. Н. Словарь-справочник по литейному производству. — М.: Машинострое­ние, 1990. 384 с.

Ильин А. А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. — М.: Наука, 1994. 304 с.

Каменев Е. И., Мясников Г. Д., Платонов М. К Применение пластических масс: Справочник. — Л.: Химия, 1985. 445 с.

КарпиносД. М., ТучинскийЛ. И, Вишняков Л. Р. Новые композиционные материалы. — Киев: Вища школа, 1977.312 с.

Карпман М. Г., Ровнова В. Д., Тибрин Г. С. Основы литейного производства и обес­печение технологичности отливок. - М.: Изд-во МАИ, 1992.91 с.

Коваленко В. С. Технология и оборудование электрофизических и электрохимиче­ских методов обработки материалов. — Киев: Вища школа, 1983.176 с.

Коваленко В. С, Головко Л. Ф., Черненко В. С. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. —- Киев: Техника, 1990.192 с.

Колачев Б. А., Ливанов Б. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. — М.: Металлургия, 1981. 416 с.

Композиционные материалы: Справочник/В. В. Васильев, В. Д. Протасов, В. В. Бо­лотин и дрЛ1од ред. В. В. Васильева, Ю. М. Тарнопольского. — М.: Машино­строение, 1990.512 с.

Портной К. И., Бабич Б. И., Светлов И. Л. Композиционные материалы на никеле­вой основе. — М.: Металлургия, 1979.264 с.

Конструкционные материалы: Справочник/Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Бу­ше и др./ Под ред. Б. Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1990.688 с.

Коттрелл А. X Дислокации и пластическое течение в кристаллах: Пер. с англ. — М.: Металлургиздат, 1958.267 с.

Кочергин К. А. Контактная сварка. — Л.: Машиностроение, 1997.

Кривоухов В. А., Петруха П. Г. и др. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки. — М.: Машиностроение, 1974. 607 с.

Курдюмов Г. В. Явления закалки и отпуска стали. — М.: Металлургиздат, 1960.64 с.

Курдюмов Г. В. О природе бездиффузионных (мартенситных) превращений. — М.: МИТОМ, №2,1997, с. 31.

Курц В., Зам П. Р. Направленная кристаллизация эвтектических материалов. Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1980. 272 с.

Лахтин Ю. М. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1993.448 с.

Лахтин Ю. М, Коган Я. Д. Азотирование стали. — М.: Машиностроение, 1976. 255 с.

Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М. Машиностроение, 1990. 528 с.

Лашко С. В., Лашко Н. Ф. Пайка металлов. — М.: Машиностроение, 1988.

Литейное производство/А. М. Михайлов, В. В. Баулин, Б. Н. Благов и др./Под ред. А. М. Михайлова — М.: Машиностроение, 1987.256 с.

Литье по выплавляемым моделям/В. Н. Иванов, С. А. Казенное, Б. С. Курчман и др./ Под ред. Я. И. Шкленника, В. А. Озерова. — М.: Машиностроение, 1984.408 с.

ЛифшицЛ. С, Хакимов А. В. Металловедение сварки и термическая обработка свар­ных соединений. — М.: Машиностроение, 1989.

Мальцев В. М. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов.- М.: Металлургия, 1970. 364 с.

Марковец М. П. Определение механических свойств металлов по твердости. - М.: Машиностроение, 1979.191 с.

Марочник сталей и сплавов/В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С.А. Вяткин и др./ Под ред. В. Г. Сорокина. —М.: Машиностроение, 1989.640 с.

Масленков С. Б. Жаропрочные стали и сплавы. —М.: Металлургия, 1983.192 с.

Материаловедение/Б. И. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапое и др./Под ред. Б. Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1986. 384 с.

Матюнин В. М. Механические и технологические испытания и свойства конструк­ционных материалов. — М.: Изд-во МЭИ, 1996. 124 с.

Международный транслятор современных сталей и сплавов. Том 1/Под ред. В. С. Кершенбаума. — М.: Центр «Наука и техника», 1992. 1193 с.

Металлообрабатьшающий твердосплавный инструмент: Справочник/В. С. Самойлов и др. — М.: Машиностроение, 1988. 368 с.

Миличенко С. С. и др. Сварка и свариваемые материалы: Справочник в 2-х т. (т. 2) — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1996.

Могилев В. К., Лев О. И. Справочник литейщика. — М.: Машиностроение, 1988. 272 с.

Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов/Р. Е. Шалин, И. Л. Светлов, Е. Б. Качалов и др. — М: Машиностроение, 1997. 336 с.

Напряжения и деформации при сварке/Б. С. Касаткин, В. М Прохоренко, Н. М. Чертов. Киев: Вища школа, 1997.

Никифоров Г. Д. и др. Технология и оборудование сварки плавлением. — М: Маши­ностроение, 1978.

Николаев Г. А. и др. Сварка в машиностроении (справочник в 4-х т.). — М.: Машино­строение, 1978.

Новиков В. И. Дефекты кристаллического строения. — М.: Металлургия, 1983.232 с.

Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. — М.: Металлургия, 1980. 280 с.

Одинг И. А. Теория дислокации в металлах и ее применение. — М.: АН СССР, 1959. 84 с.

Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механиче­скую обработку. ГОСТ 26645—85. — М.: Издательство стандартов, 1989. 56 с.

Панин В. Е., Дударев Е. Ф., Бушнев Л. С. Структура и механические свойства твердых растворов замещения. — М.: Металлургия, 1971.206 с.

Подшипники качения: Справочное пособие/Под ред. И. А. Спицина, А. И. При-шевского. — М.: Машгиз, 1961. 828 с.

Производство высокотемпературных литых лопаток авиационных ГТД/Под ред. С. И. Яцика. —М.: Машиностроение, 1995.256 с.

Производство отливок из сплавов цветных металлов/А. В. Курдюмов, А. В. Пикунов, В. М. Чурсин и др. — М.: «МИСИС», 1996. 504 с.

Промышленные цветные металлы и сплавы/А. П. Смирягин, Н. А. Смирягина, В. М. Белова. — М.: Металлургия, 1974.488 с.

Радиусы закруглений и фаски. Размеры. ГОСТ 10948—64. — М.: Издательство стан­дартов, 1979.

Рыкалин Я Я, Зуев И. В., Углов А. А. Основы электронно-лучевой обработки мате­риалов. — М.: Машиностроение, 1978.239 с.

Рыкалин Я Я, Углов А. А., Кокора А. Н. Лазерная обработка материалов. — М.: Ма­шиностроение, 1975. 296 с.

Савицкий Е. М., Клячко В. С. Металлы космической эры. — М.: Металлургия, 1978. 128 с.

Сварка и сварочные материалы (в 3-х т.): Т. 1. Свариваемость материалов / Под ред. Э. Л. Макарова. — М.: Металлургия, 1991.

Святкин Б. К, Егорова М. Б. Производство отливок в кокили. — М.: Высшая школа, 1989,223 с.

Симе Ч., Хагель В. Жаропрочные сплавы. Пер. с англ. — М.: Металлургия, 1976. 568 с.

Сомов А. И., Тихоновский М. А. Эвтектические композиции. — М.: Металлургия, 1975. 304 с.

Специальные способы литья: Справочник /В. А. Ефимов, Г. А. Анисович, В. Н. Бабич и др./Под ред. В. А. Ефимова. — М.: Машиностроение, 1991.436 с.

Справочник по алюминиевым сплавам /Ю. Г. Гольдер, В. М. Гришина, В. Е. Дорохи-на и др./ Под ред. В. И. Елагина. — М.: ВИЛС, 1978.132 с.

Справочник по электротехническим материалам: Т. 2./Под ред. Ю. В. Корицкого и др. — М.: Энергоатомиздат, 1987. 464 с.

Старков В. К. Дислокационные представления о резании металлов. — М.: Машино­строение, 1979.160 с.

Старков В. К. Обработка резанием. — М.: Машиностроение, 1989.291 с.

Степанов Ю. А., Баландин Г. Ф., Рыбкин В. А. Технология литейного производства: Структура и свойства композиционных материалов/К. И. Портной, С. Е.Салибеков, И. Л. Светлов и др. — М.: Машиностроение, 1979. 255 с.

Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас/И. Я. Сокол, Е. А. Ульянин, Э. Г. Фельдгандлер и дрУПод ред. Е. А. Ульянина. — М.: Металлургия, 1989.400 с.

Специальные виды литья. — М.: Машиностроение, 1983.287 с.

Строение и свойства авиационных материалов/Под ред. А. Ф. Белова, В. В. Николен-ко. — М.: Металлургия, 1989.368 с.

Талантов Н. В. Физические основы процессов резания, изнашивания и разрушения инструмента. — М.: Машиностроение, 1992.

Теория сварочных процессов/В. Н. Волченко, В. М. Ямпольский, В. А. Винокуров и дрД1од ред. В. Б. Фролова. — М.: Высшая школа, 1988

Технологичность конструкции изделия: Справочник/Ю. Д. Амиров, Т. К. Алферова, П. Н. Волков и др.; Под ред. Ю. Д. Амирова. — М.: Машиностроение, 1990. 768 с.

Технология и оборудование контактной сварки/Б. Д. Орлов, А. А. Чакалев, Ю. В. Дмит­риев и др./Под ред. Б. Д. Орлова. — М.: Машиностроение, 1988.

Технология металлов и материаловедение/Б. В. Кнорозов, Л. Ф. Усова, А. В. Третья­кова и др. — М.: Металлургия, 1987. 800 с.

Технология производства титановых самолетных конструкций/А. Г. Братухин, Б. А. Колачев, В. В. Садков и др. — М.: Машиностроение, 1995. 448 с.

Тимощук Л. Т. Механические испытания металлов. — М.: Металлургия, 1971.224 с.

Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. — М.: Машино­строение, 1985. 400 с.

Троицкий В. А., Валевич М. Н. Неразрушающий контроль сварных соединений. — М.: Машиностроение, 1988.

Фетисов Г. П. Сварка и пайка в авиационной промышленности. — М.: Машино­строение, 1983.

Фролов В. В. и др. Теоретические основы сварки. — М.: Высшая школа, 1970.

Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. — М.: Металлургия, 1969. 749 с.

Хоникомб Р. В. Пластическая деформация металлов. Пер. с англ. — М.: Мир, 1972. 408 с.

Цветное литьё: Справочник/Н. М. Гаддин, Д. Ф. Чернега, Д. Ф. Иванчук и др./Под ред. Н. М. Галдина. — М.: Машиностроение, 1989. 528 с.

Чаттерджи-Фишер Р. и др. Азотирование и карбонитрирование. Пер. с нем./Под ред. А. В. Супова. — М.: Металлургия, 1990. 280 с.

Оглавление

Предисловие........................................................................................ 3

Раздел 1. Основы строения н свойств материалов................................. 4

Глава 1. Кристаллическое строение и свойства металлов......................... 6

1.1. Основные типы кристаллических решеток............................................................. 6

1.2. Кристаллографические направления и плоскости.................................................. 8

1.3. Анизотропия в кристаллах.................................................................................... 10

1.4. Аллотропия металлов............................................................................................ 10

1.5. Дислокационная структура и прочность металлов.............................................. 11

1.5.1. Понятие о дислокациях и других дефектах кристаллической решетки.. 12

1.5.2. Дислокационный механизм упругопластической деформации................ 15

1.5.3. Основные элементы дислокационной структуры..................................... 18

1.6. Наклеп металла....................................................................................................... 23

Глава 2. Механические свойства материалов и методы их определения.... 24

2.1. Общие понятия о нагрузках, напряжениях, деформациях и разрушении материалов 24

2.2. Механические свойства и классификация методов механических испытаний материалов 28

2.3. Механические свойства, определяемые при статическом нагружении............... 29

2.3.1. Испытания на растяжение........................................................................... 29

2.3.2. Испытания на твердость............................................................................. 37

2.3.3. Испытания на трещиностойкость............................................................... 40

2.4. Механические свойства, определяемые при динамическом нагружении........... 42

2.4.1. Испытания на ударную вязкость............................................................... 42

2.4.2. Испытания на хладноломкость и критическую температуру хрупкости 44

2.5. Механические свойства, определяемые при циклическом нагружении............. 46

2.5.1. Испытания на усталость.............................................................................. 46

2.5.2. Разрушение при усталости.......................................................................... 48

2.6. Безобразцовый метод определения механических свойств................................. 49

2.6.1. Физико-механическая основа метода........................................................ 50

2.6.2. Определение показателей прочности......................................................... 54

2.6.3. Применение метода..................................................................................... 55

Глава 3. Основы теории сплавов............................................................................... 58

3.1. Понятие о металлических сплавах.......................................................................... 58

3.2. Виды двойных сплавов........................................................................................... 59

3.3. Диаграммы состояния двойных сплавов и характер изменения свойств в зависимости от состава сплавов 61

3.4. Понятие о методах исследования строения и свойств сплавов............................... 70.

Глава 4. Сплавы на основе железа........................................................................... 72

4.1 Диаграмма состояния железо — углерод................................................................. 72

4.2. Классификация углеродистых сталей..................................................................... 76

4.3. Влияние постоянных примесей на углеродистые стали......................................... 77

4.4. Влияние углерода на свойства углеродистых сталей и их применение.................. 80

4.5. Углеродистые качественные стали......................................................................... 84

4.6. Автоматные стали................................................................................................... 87

4.7. Углеродистые инструментальные стали................................................................. 88

4.8. Чугуны..................................................................................................................... 90

4.8.1. Белый чугун.................................................................................................. 91

4.8.2. Серый чугун.................................................................................................. 91

4.8.3. Высокопрочный чугун................................................................................. 94

4.8.4. Ковкий чугун................................................................................................. 94

Глава 5. Основы термической обработки и поверхностного упрочнения

сплавов............................................................................................................. 97

5.1. Общие положения и определения............................................................................ 97

5.2. Термическая обработка стали................................................................................. 99

5.2.1. Превращения в стали при равновесном нагреве и охлаждении................... 99

5.2.2. Диаграмма изотермических превращений аустенита. Мартенситное превращение 101

5.2.3. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении.......................... 107

5.2.4. Основные виды термической обработки стали.......................................... 110

5.3. Понятие о термомеханической обработке стали.................................................. 117

5.4. Понятие о термообработке сплавов с переменной растворимостью компонентов 118

5.5. Поверхностное упрочнение металлов и сплавов.................................................. 120

5.5.1. Химико-термическая обработка. Общие закономерности......................... 120

5.5.2. Диффузионное насыщение сплавов углеродом и азотом.......................... 122

5.5.3. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами............... 127

5.5.4. Поверхностная закалка стали.................................................................... 129

5.5.5. Лазерная термическая обработка.............................................................. 130

5.5.6. Лазерная химико-термическая обработка (ЛХТО).................................... 133

Глава 6. Поведение материалов в особых условиях......................................... 134

6.1. Жаростойкость и методы ее повышения............................................................... 135

6.2. Жаропрочность и методы ее повышения. Явление ползучести............................ 136

6.2.1. Испытания на ползучесть........................................................................... 136

6.2.2. Пути повышения жаропрочности.............................................................. 139

6.3. Термическая усталость. Влияние температуры испытания................................. 141

6.4. Низкие температуры............................................................................................. 142

6.5. Радиационное облучение...................................................................................... 144

6.6. Глубокий вакуум................................................................................................... 145

Глава 7. Легированные стали............................................................... 147

7.1. Влияние легирующих элементов и примесей на дислокационную структуру и свойства стали 147

7.2. Классификация легированных сталей.................................................................. 154

7.3. Маркировка легированных сталей....................................................................... 155

7.4. Цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали...................................... 159

7.5. Улучшаемые легированные стали........................................................................ 161

7.6. Высокопрочные стали........................................................................................... 163

7.7. Пружинные стали общего назначения.................................................................. 165

7.8. Шарикоподшипниковые стали.............................................................................. 166

7.9. Износостойкая высокомарганцевая аустенитная сталь........................................ 167

7.10. Коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы....................................... 167

7.12. Жаростойкие и жаропрочные стали.................................................................... 172

Глава 8. Цветные металлы и сплавы...................................................................... 176

8.1. Сплавы на основе легких металлов....................................................................... 176

8.1.1. Магний и его сплавы.................................................................................. 177

8.1.2. Алюминий и его сплавы............................................................................. 180

8.1.3. Титан и его сплавы..................................................................................... 191

8.2. Медь и ее сплавы................................................................................................... 197

8.2.1. Латуни........................................................................................................ 199

8.2.2. Бронзы........................................................................................................ 202

8.3. Жаропрочные и жаростойкие никелевые сплавы................................................. 205

8.3.1. Жаростойкие сплавы (нихромы)................................................................ 205

8.3.2. Жаропрочные сплавы................................................................................ 206

8.3.3. Термическая обработка жаропрочных никелевых сплавов...................... 208

§ 8.4. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе...................................................... 210

Глава 9. Неметаллические материалы.................................................. 215

9.1. Полимеры.............................................................................................................. 216

9.1.1. Молекулярная структура полимеров........................................................ 216

9.1.2. Термомеханические свойства полимеров.................................................. 220

9.2. Пластмассы........................................................................................................... 225

9.2.1. Термопластичные пластмассы.................................................................. 226

9.2.2. Полярные термопласты............................................................................. 228

9.2.3. Термореактивные пластмассы................................................................... 231

9.2.4. Пластмассы с порошковыми наполнителями............................................ 236

9.2.5. Газонаполненные пластмассы.................................................................... 237

9.3. Резины..................................................................................................................... 239

9.3.1. Технология приготовления резиновых смесей и формообразования деталей из резины 241

9.3.2. Приготовление резиновых смесей и формообразование деталей из резины 246

9.3.3. Формообразование деталей из резины....................................................... 246

9.3.4. Влияние условий эксплуатации на свойства резин.................................... 248

Глава 10. Композиционные материалы................................................................ 251

10.1 Принципы создания и основные типы композиционных материалов................. 251

10.2. Композиционные материалы с нуль-мерными наполнителями......................... 253

10.2.1. Композиционные материалы с алюминиевой матрицей......................... 254

10.2.2. Композиционные материалы с никелевой матрицей............................... 256

10.3. Композиционные материалы с одномерными наполнителями.......................... 257

10.3.1. Упрочнение волокнами............................................................................ 258

10.3.2. Армирующие материалы и их свойства.................................................. 263

10.3.3. Получение композиционных материалов на металлической основе, армированных волокнами 272

10.3.4. Композиционные материалы с алюминиевой матрицей........................ 274

10.3.5. Композиционные материалы на никелевой матрице.............................. 278

10.4. Эвтектические композиционные материалы...................................................... 279

10.4.1. Эвтектические композиционные материалы на алюминиевой основе... 280

10.4.2. Эвтектические композиционные материалы на основе никеля............... 282

10.5. Композиционные материалы на неметаллической основе................................. 284

10.5.1. Свойства композиционных материалов с полимерной матрицей........... 285

10.5.2. Обработка и соединение композиционных материалов......................... 295

Раздел 2. Основы литейного производства.......................................................... 298

Глава 11. Физическая природа и условия кристаллизации............................ 298

11.1. Металлургические основы плавки..................................................................... 298

11.2. Влияние строения и свойств металлических расплавов на процесс литья... 302

11.3. Физическая природа кристаллизации металлов................................................ 304

11.4. Факторы, определяющие продолжительность затвердевания отливок............. 306

11.5. Строение слитка.................................................................................................. 307

11.6. Влияние сверхбыстрой кристаллизации на структуру и свойства металлов

и сплавов............................................................................................................... 308

Глава 12. Литейные свойства сплавов.................................................................. 309

12.1. Жидкотекучесть сплавов и факторы, влияющие на нее...................................... 309

12.2. Усадка сплавов.................................................................................................... 312

12.3. Ликвация и газы в литейных сплавах.................................................................. 315

Глава 13. Литье в песчаные формы........................................................................ 316

13.1. Технологические основы литейного производства............................................. 316

13.2. Технологические особенности литья в песчаные формы.................................... 319

Глава 14. Специальные способы литья................................................................. 325

14.1. Способы литья в специальные формы................................................................ 325

14.1.1. Литье в оболочковые формы.................................................................... 325

14.1.2. Литье по выплавляемым моделям............................................................ 327

14.1.3. Литье в кокиль........................................................................................... 335

14.2. Литье с применением внешних воздействий на жидкий и
кристаллизующийся металл................................................................................. 341

14.2.1. Литье под давлением................................................................................ 341

14.2.2. Литье под низким давлением.................................................................... 344

14.2.3. Литье вакуумным всасыванием............................................................... 346

14.2.4. Литье с кристаллизацией под давлением................................................. 348

14.2.5. Центробежное литье................................................................................. 351

14.2.6. Литье выжиманием................................................................................... 354

14.3. Способы литья с непрерывным процессом формирования отливки................... 355

14.3.1. Непрерывное и полунепрерывное литье................................................. 355

14.3.2. Электрошлаковое литье (ЭШЛ)............................................................... 357

Глава 15. Получение отливок методом направленной кристаллизации.... 359

15.1. Структура и фазовый состав литейных жаропрочных никелевых сплавов. 361

15.2. Физико-химические основы направленной кристаллизации сплавов................ 364

15.3. Технологические основы получения отливок со столбчатой структурой......... 365

15.4. Монокристаллическое литье.............................................................................. 367

15.5. Эвтектические композиты (направленно-кристаллизованные эвтектики)... 370

Глава 16. Обеспечение технологичности литых деталей............................... 371

16.1. Требования к отливкам........................................................................................ 371

16.2. Технологичность конструкции отливок.............................................................. 378

16.3. Сравнительная оценка способов литья и рекомендации по их выбору.............. 386

Раздел 3. Обработка металлов давлением........_._...................__ ..............390

Глава 17. Физико-механические основы обработки металлов давлением..390

17.1................................................................................................................................ Понятие о механизме пластического деформирования при обработке
давлением.............................................................................................................. 390

17.2. Основные параметры, характеризующие пластическую деформацию'при обработке металлов давлением 392

17.3. Влияние различных факторов на пластичность металлов и сопротивление пластическому деформированию 393

Глава 18. Нагрев металла для обработки давлением и нагревательные

устройства..................................................................................................... 397

18.1. Назначение и режимы термического нагрева..................................................... 397

18.2. Нагревательные устройства................................................................................ 400

Глава 19. Получение машиностроительных профилей.................................... 402

19.1. Прокатное производство..................................................................................... 402

19.2. Производство распространенных видов проката............................................... 406

19.3. Производство бесшовных и сварных труб.......................................................... 407

19.4. Производство специальных видов проката......................................................... 409

19.5. Волочение............................................................................................................ 411

19.6. Прессование...................................................................... <.............................. 414

Глава 20. Получение машиностроительных заготовок.................................... 416

20.1. Ковка.................................................................................................................... 417

20.2. Горячая объемная штамповка (ГОШ)................................................................. 419

20.3. Разновидности горячей объемной штамповки..................................................... 420

20.4. Специализированные методы получения поковок.............................................. 425

20.5. Исходные материалы и резка заготовок для машиностроительных поковок..... 427

20.6. Отделочные операции после ГОШ...................................................................... 428

20.7. Основные этапы технологического процесса горячей объемной штамповки..... 429

20.8. Технологические особенности ковки и штамповки цветных высоколегированных и труднодеформируемых металлов и сплавов 431

20.9. Холодная объемная штамповка........................................................................... 432

Глава 21. Листовая штамповка (ЛШ)..................................................................... 434

21.1. Разделительные операции листовой штамповки................................................ 435

21.2. Формообразующие операции листовой штамповки.......................................... 437

21.3. Оборудование и инструмент для листовой штамповки...................................... 440

21.4. Другие способы листовой штамповки................................................................. 441

Раздел 4. Сварка и пайка металлов....................................................................... 445

Глава 22. Физико-химические основы образования сварного соединения. 445

22.1. Образование сварного соединения. Определение сварки.................. 445

22.2. Особенности применения сварки плавлением и давлением................................ 448

Глава 23. Термические виды сварки....................................................................... 449

23.1. Сварочные источники теплоты........................................................................... 449

23.2. Ручная дуговая сварка......................................................................................... 457

23.3. Автоматическая дуговая сварка под флюсом...................................................... 460

23.4. Электрошлаковая сварка..................................................................................... 462

23.5. Дуговая сварка в защитных газах....................................................................... 463

23.6. Плазменная сварка.............................................................................................. 468

23.7. Электронно-лучевая сварка................................................................................ 469

23.8. Сварка в вакууме полым катодом....................................................................... 470

23.9. Лазерная сварка................................................................................................... 471

23.10. Газовая сварка................................................................................................... 472

Глава 24. Термомеханические методы сварки................................................... 473

24.1. Контактная сварка.............................................................................................. 473

24.2. Конденсаторная сварка...................................................................................... 482

24.3. Диффузионная сварка......................................................................................... 482

24.4. Индукционно-прессовая (высокочастотная) сварка........................................... 484

Глава 25. Механические методы сварки.............................................................. 486

25.1. Холодная сварка................................................................................................. 486

25.2. Сварка взрывом................................................................................................... 488

25.3. Ультразвуковая сварка....................................................................................... 490

25.4. Сварка трением................................................................................................... 492

25.5. Магнитоимпульсная сварка............................................................................... 493

Глава 26. Сопутствующие процессы при сварке. Особенности сварки

конструкционных материалов.............................................................. 494

26.1. Свариваемость.................................................................................................... 494

26.2. Характеристика свариваемости металлов и сплавов......................................... 507

Глава 27. Сварка пластмасс.................................................................................... 515

27.1. Классификация способов сварки пластмасс...................................................... 515

27.2. Сварка нагретым газом....................................................................................... 516

27.3. Сварка экструдируемой присадкой (расплавом)................................................ 516

27.4. Контактная тепловая сварка............................................................................... 516

27.5. Сварка ультразвуком, трением и вибротрением................................................. 517

27.6. Сварка токами высокой частоты и ИК-лучами.................................................. 518

27.7. Сварка лазером и световым лучом...................................................................... 519

Глава 28. Специальные термические процессы в сварочном

производстве................................................................................................ 520

28.1. Резка.................................................................................................................... 520

28.2. Наплавка............................................................................................................. 522

28.3. Напыление.......................................................................................................... 523

Глава 29. Пайка металлов........................................................................................ 524

29.1. Основные понятия и определения....................................................................... 524

29.2. Способы пайки................................................................................................... 528

29.3. Технологический процесс пайки........................................................................ 538

29.4. Особенности пайки материалов......................................................................... 540

29.5. Конструирование паяных соединений................................................................. 544

Глава 30. Контроль качества сварных и паяных соединений........................ 546

30.1. Дефекты сварных и паяных соединений............................................................. 546

30.2. Методы контроля качества сварных и паяных соединений............................... 547

Раздел 5. Основы размерной обработки заготовок деталей машин....... 555

Глава 31. Основы механической обработки резанием..................................... 557

31.1. Сущность и схемы способов обработки............................................................. 557

31.2. Параметры технологического процесса резания................................................ 561

31.3. Физико-химические и механические основы процесса резания.......................... 565

31.4. Тепловые процессы в зоне резания и смазочно-охлаждающие среды............... 570

31.5. Влияние вибрации системы СПИД и технологической наследственности

на качество обработанных поверхностей............................................................ 571

31.6. Инструментальные материалы........................................................................... 572

31.7. Износ режущего инструмента. Параметры износа............................................. 577

31.8. Определение параметров оптимального режима резания.................................. 580

31.9. Металлорежущие станки.................................................................................... 583

31.10. Технологические возможности и область применения способов резания. 585

31.11. Обрабатываемость конструкционных материалов резанием.......................... 592

Глава 32. Основы физико-химических методов размерной обработки....... 594

32.1. Электроэрозионная размерная обработка (ЭЭО)............................................... 594

32.2. Электрохимическая размерная обработка (ЭХО).............................................. 603

32.3. Ультразвуковая абразивная размерная обработка............................................ 609

32.4. Лучевые методы размерной обработки.............................................................. 613

32.5. Комбинированные методы размерной обработки.............................................. 621

Литература.................................................................................................................... 625

Учебное издание

Фетисов Геннадий Павлович, Карпман Марк Григорьевич,

Матюннн Вячеслав Михайлович, Гаврнлюк Валерий Степанович,

Соколов Владимир Сергеевич, Соколова Наринэ Христофоровна,

Тутатчикова Людмила Васильевна, Спнрихин Иван Павлович,

Гольцов Владимир Аркадьевич