Деформация алюминия после обработки

Коробление алюминиевых деталей

Коробление – это то, что нередко случается при механической обработке деталей из термически упрочняемых алюминиевых сплавов. Причина коробления этих деталей – остаточные напряжения, которые образовались при их закалке в процессе термического упрочнения.

Кстати, знаменитые алюминиевые цельные корпусы аппаратов iPhone 5 и iPhone 6 компании Apple изготавливаются именно так. Цельную алюминиевую прессованную заготовку подвергают многочисленным фрезерным операциям на хитроумном станке с компьютерным управлением с постоянным мощным охлаждением, чтобы избежать ее коробления.

Закалка алюминиевых сплавов

Операция закалки алюминиевых сплавов состоит из двух этапов:

• Первый этап – это нагрев до температуры закалки: от 450 ºС для сплавов серии 7ххх до 520 ºС для сплавов серии 6ххх.
• После некоторой выдержки при температуре закалки следует быстрое охлаждение – для различных сплавов разное.

Необходимая для полной закалки скорость охлаждения значительно различается для различных алюминиевых сплавов, например:

• погружение в холодную или теплую воды для высокопрочного сплава 7075 (отечественный аналог – В95),
• охлаждение струями воды для сплава 6061 (АД33),
• охлаждение вентиляторами или сжатым воздухом для сплава 6060 (АД31).

Цель закалки – удержать в твердом растворе алюминия растворенные легирующие элементы – для разных сплавов разные. Вслед за закалкой следует стадия старения – естественного или искусственного (при повышенной температуре). В ходе старения за счет выделения из твердого раствора упрочняющих компонентов, содержащих легирующие элементы, происходит повышение прочности алюминиевого сплава.

Коробление – бич механической обработки алюминия

Это неприятное явление – коробление – особенно «неприятно» тем, что делает трудным или невозможным выдерживать жесткие размерные допуски алюминиевых изделий, которые получают механической обработкой, например, фрезерованием. Особенно это касается больших и/или сложных по форме изделий. Поэтому высокий уровень отбраковки фрезерованных алюминиевых деталей из термически упрочняемых сплавов из-за отклонений от заданных размеров по причине коробления является обычным делом.

На рисунке ниже показано коробление, которое возникло в листе из сплава 7075 в состоянии Т6 (закалка и искусственное старение) толщиной 25 мм и длиной 250 мм после разрезания на электро-эррозионном станке по центральной плоскости на две половинки. Максимальная величина образовавшейся щели достигла 4,3 мм.

Рисунок 1 – Коробление листа из сплава 7075-Т6
после разрезания вдоль центральной плоскости

Остаточные напряжения в алюминии – какие они?

Уровень остаточных напряжений в закаленном алюминиевом изделии, например в том же толстом листе, возрастает с увеличением его толщины, пока, наконец, не достигает предела текучести алюминиевого сплава в закаленном состоянии.

Знаменитый – аэрокосмический – сплав 7075 имеет значительно более высокий предел текучести в закаленном состоянии по сравнению с другими сплавами, в том числе, с таким популярным в промышленности, как сплав 6061. Поэтому сплав 7075 является наиболее склонным к образованию остаточных напряжений и, следовательно, короблению при механической обработке. Остаточные напряжения в закаленных листах из сплава 7075 толщиной более 33 мм могут достигать 230 МПа. В закаленных листах из сплава 6061 толщиной свыше 15 мм остаточные напряжения могут достигать «всего лишь» 90 МПа.

Почему возникают остаточные напряжения?

Остаточные напряжения возникают из-за неоднородного охлаждения изделия при закалке и связанного с этим неоднородного сокращения его размеров, что и вызывает коробление. Когда относительно толстые изделия погружают в закалочную водяную ванну, то поверхностные слои изделия охлаждаются первыми и поэтому сокращаются в размерах намного быстрее, чем его сердцевина. В то же время в начале охлаждения горячая сердцевина оказывает мало сопротивления сокращению размеров поверхностных слоев – мягкая сердцевина пластически деформируется под воздействием сжатия наружных слоев. Позднее в ходе закалки, однако, сердцевина тоже охлаждается и тоже «хочет» сократить свои размеры. Однако этому сокращению препятствуют уже холодные и относительно прочные наружные слои изделия.

Таким образом, внутри изделия образуются растягивающие остаточные напряжения потому что, материал здесь хочет сократить свои размеры, но не может этого сделать из-за сопротивления наружных слоев. Эти растягивающие напряжения во внутренних слоях изделия уравновешиваются сжимающими напряжениями вблизи его поверхности.

Остаточные напряжения в алюминиевых листах

На рисунке 2 показано распределение уравновешенных остаточных напряжений по толщине закаленного листа. Максимум сжимающих (отрицательных) напряжений достигается на обеих наружных поверхностях листа, а максимальные растягивающие остаточные напряжения возникают внутри листа – по центральной плоскости. Такое распределение остаточных напряжений характерно для простого случая полубесконечного листа (плиты). Для деталей менее правильной формы распределение остаточных напряжений будет намного более сложным.

Рисунок 2 – Пример уравновешенных остаточных напряжений
в алюминиевом толстом листе

Величины пиковых сжимающих и растягивающих остаточных напряжений в закаленном алюминиевом листе зависит от интенсивности закалки, толщины листа и уровня предела текучести сплава в закаленном состоянии. Обычно остаточные напряжения являются весьма не высокими в относительно тонких листах, но увеличиваются с ростом толщины и достигают предела текучести в закаленном состоянии алюминиевого сплава, из которого они сделаны, в очень толстых листах. Это происходит потому, что с увеличением толщины возрастает различие между температурой на поверхности листа и температурой в его сердцевине. Это приводит к более высоким остаточным напряжениям.

Если в ходе последующей механической обработки закаленного и состаренного листа материал удаляется асимметрично по отношению к распределению остаточных напряжений, то возникает коробление листа в виде его самопроизвольного прогиба.

Как избежать коробления?

Для снижения уровня остаточных напряжений в алюминиевых изделиях и предотвращения коробления деталей при их механической обработке могут в различной степени применяться четыре подхода.

1. Закалка не в обычной, в подогретой воде. Снижает уровень остаточных напряжений, которые образуются при закалке. Однако эта технология может препятствовать достижению полной закалки алюминиевого сплава и снижению уровня прочности после последующего искусственного старения.
2. Механическое снижение остаточных напряжений, например, путем растяжения, в закаленном состоянии, перед старением. Снижает уровень остаточных напряжений без ущерба для прочностных свойств. Однако трудно реализовать для изделий сложной формы.
3. Термическое снижение остаточных напряжений (в ходе обычного искусственного старения или менее обычного перестаривания). При искусственном старении (Т6) происходит относительно незначительное снижение остаточных напряжений. При старении в режиме перестаривания (например, Т73) достигается более значительное снижение остаточных напряжений, но за счет нежелательного снижения прочностных свойств.
4. Холодная пластическая деформация (после старения). Эта операция не снижает величину остаточных напряжений, но может изменить их распределение. Однако холодная обработка может привести к дополнительному короблению при последующей механической обработке.

Источник

Почему происходит деформация листового алюминия после металлообработки

Проблемы при сварке алюминия часто становятся больной темой для неопытных сварщиков. Чтобы в ваших алюминиевых сварных швах не появлялись дефекты, первым делом узнайте, как предотвратить их появление – и примите превентивные меры.

Быстрое и эффективное устранение проблем в ваших сварочных работах может сослужить вам хорошую службу в минимизации простоев и излишних затрат. Однако еще более полезно – узнать, как с самого начала предотвратить эти проблемы, независимо от того, какой материал вы используете при сварке.

Сварка алюминия предполагает решение специфических задач. Обладая низкой температурой плавления и высокой теплопроводностью, алюминий к тому же особо склонен к прожёгу на тонких участках металла, в то время как на толстых участках может наблюдаться непровар. Серьезной проблемой также являются дефекты сварки алюминия, такие как трещины, нагар и копоть, пористость в сварных швах.

Тем не менее, коррозионная стойкость алюминия, высокое отношение предела прочности к весу в сочетании с высокой электропроводностью делают его отличным материалом для многих областей применения – от аэрокосмической промышленности до теплообменников, изготовления прицепов и, в последнее время, автомобильных кузовных панелей и рам.

Во избежание негативных воздействий на производительность и качество сварки, важно понять причины дефектов сварки алюминия, принять меры для их предотвращения и найти способы быстрого устранения оплошностей, если таковые возникают. Вот ответы на некоторые распространенные вопросы, которые помогут вам разрешить проблемы при сварке алюминия, возникающие на производстве.

Проблемы при сварке алюминия — причина появления шовных трещин

Горячее растрескивание и растрескивание под действием напряжения может произойти при автоматической дуговой сварке в среде инертного газа плавящимся электродом (GMAW) и неплавящимся электродом (GTAW). При наличии любого вида трещин, даже маленьких, сварной шов не отвечает требованиям стандартов и, в конечном счете, может разрушиться. Горячее растрескивание – это преимущественно химическое явление, в то время как растрескивание под напряжением – следствие механических нагрузок.

Существует три основных фактора, повышающих вероятность образования горячих трещин при сварке алюминия. Первый фактор – чувствительность основного металла к растрескиванию. К примеру, некоторые сплавы, такие как серия 6000, более склонны к растрескиванию, чем другие.

Второй фактор – это присадочный металл, который вы используете. Третьим фактором является конструкция сварного соединения – некоторые конструкции ограничивают добавление присадочного металла.

Растрескивание под действием напряжения может произойти, когда сварной шов на алюминии охлаждается, и во время затвердевания присутствует чрезмерное напряжение усадки. Это может быть связано с вогнутым профилем наплавленного валика, слишком медленной скоростью перемещения электрода, жёстким защемлением свариваемых элементов или оседанием металла в конце сварного шва (кратерная трещина).

Как предотвратить появление трещин?

Проблемы при сварке алюминия в виде горячего растрескивания в некоторых случаях можно легко решить. Для этого достаточно выбрать присадочный металл, химические свойства которого обуславливают более низкую чувствительность к растрескиванию при сварке. Каждый присадочный металл на основе алюминия имеет классификацию по стандарту AWS (Американское общество сварщиков), которая соответствует его регистрационному номеру Ассоциации производителей алюминия, а вместе они определяют химические свойства конкретного сплава.

Всегда обращайтесь к проверенным руководствам по выбору присадочного материала, поскольку не все присадочные материалы на основе алюминия подходят для каждого основного металла из алюминиевого сплава.

Некоторые руководства по присадочным материалам дают рекомендации, непосредственно касающиеся ряда сварочных характеристик, таких как склонность к растрескиванию, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, высокотемпературная прочность, сочетание оттенков цветов после анодирования, термообработка шва после сварки и ударная вязкость. Если вас беспокоит возможность растрескивания, выберите присадочный материал с самым высоким рейтингом в категории растрескивания.

Помимо этого, используйте такую конструкцию сварного соединения, которая может предотвратить образование горячих трещин. Например, хорошо использовать сварное соединение со скошенными кромками, так как эта конструкция позволяет добавить больше присадочного металла, что приводит к большему разбавлению основного металла и, как следствие, уменьшает его склонность к растрескиванию.

Растрескивание под напряжением можно предотвратить использованием присадочного металла, содержащего кремний. Этот тип присадочного металла снижает усадочные напряжения, когда это возможно, особенно в трещиноопасных зонах, таких как начало и конец сварного шва (или кратеры).

Также используйте функцию автоматического заполнения кратера или другие надежные методы заполнения кратера. Увеличение скорости движения электрода также уменьшает вероятность появления трещин в алюминии путем сужения зоны термического влияния (ЗТВ) и снижения количества расплавленного основного металла.

Еще один вариант борьбы с растрескиванием – предварительный подогрев. Он сводит к минимуму уровень остаточных напряжений в основном металле при сварке и после нее. Внимательный контроль количества подводимой теплоты имеет ключевое значение в этом деле. Для некоторых сплавов излишний подогрев может неприемлемо снизить предел прочности на растяжение основного металла.

Как лучше всего избежать прожёга и непровара

Использование импульсной GMAW-сварки – хорошая защита от прожёга алюминия толщиной 1/8 дюйма или тоньше. При этом способе сварки источники питания работают, переключаясь между высоким пиковым током и низким базовым током. В фазе пикового тока от алюминиевой проволоки отрывается капля и движется к сварному соединению, в то время как в фазе низкого базового тока дуга остается стабильной, и перенос металла отсутствует. Сочетание высокого пикового и низкого базового токов снижает подвод теплоты. Таким образом предотвращается прожёг, а образование брызг будет минимальным или нулевым.

Проблемы при сварке алюминия значительной толщины весьма часто возникают из-за слабой силы тока. Поэтому учитывайте такие моменты во время работы. Обязательно установите достаточно высокую силу тока, это поможет полноценно проварить соединение.

Хороший практический метод – использовать 250А для сварки материала толщиной 1/4 дюйма и 350А для сварки материала толщиной 1/2 дюйма. В некоторых случаях есть смысл добавить гелий в защитную газовую смесь, чтобы обеспечить более горячую дугу с лучшим проваром шва на более толстых участках.

Для процесса GMAW-сварки хорошо использовать смесь 75% гелия с 25% аргона. При GTAW-сварке толстых участков алюминия используйте смесь 25% гелия и 75% аргона, чтобы улучшить провар.

Почему на сварном шве появились цвета побежалости?

Цвета побежалости и сажа появляются, если на основном металле и сварном шве скопились оксиды алюминия или магния.

Это явление наиболее распространено при GMAW-сварке, поскольку при прохождении сварочной проволоки через дугу и плавлении некоторая её часть нагревается до температуры парообразования и конденсируется на более холодном основном металле, который недостаточно защищен средой инертного газа.

Выбор подходящего присадочного металла – к примеру, из алюминиевого сплава серии 4000, который практически не содержит магния (по сравнению с 5000 серией алюминиевой присадки, которая содержит около 5% магния) – снижает вероятность того, что материал проволоки испарится в дуге и конденсируется на сварном шве в виде сажи.

Уменьшение расстояния от контактного наконечника до свариваемого изделия (CTWD), правильный угол наклона сварочного пистолета и скорость истечения защитного газа также препятствуют появлению цветов побежалости.

Используйте сварку углом назад, которая помогает совершать очищающие движения от дуги в передней части сварного шва с целью удаления сажи. Увеличение размера сопла пистолета для GMAW-сварки или горелки для GTAW-сварки способствует защите дуги от сквозняков, из-за которых в зону сварки может попасть кислород.

Всегда держите сопло чистым от брызг, чтобы обеспечить постоянный поток газа для защиты сварочной ванны.

Как устранить пористость?

Пористость – это общая неоднородность, формирующаяся главным образом из-за того, что водород попадает в сварочную ванну во время плавления и остается внутри сварного шва после его затвердения. Вы можете сделать несколько вещей, чтобы её предотвратить.

Во-первых, убедитесь, что основной металл и присадочный метал чистые и сухие. Перед сваркой протрите алюминий с помощью растворителя и чистой тряпки, чтобы удалить всю краску, масло, жир либо смазочные материалы, которые могут привести к попаданию углеводородов в сварной шов.

Затем почистите сварное соединение щеткой из нержавеющей стали, предназначенной для этой работы. Если основной металл из алюминиевого сплава хранился в прохладном месте, позвольте ему прогреться при температуре цеха в течение 24 часов.

Это предотвращает образование конденсата на алюминии.

Хранение неупакованного присадочного металла в обогреваемом шкафу или помещении также снижает риск возникновения пористости. Это позволяет избежать условий точки росы и сводит к минимуму вероятность образования гидроксида на поверхности проволоки для GMAW-сварки или прутков для GTAW-сварки.

Заказывать присадочные металлы следует у проверенных производителей. Это связано с тем, что такие компании, как правило, тщательно очищают проволоку и прутки от вредных оксидов для GTAW-сварки, а также соблюдают все процедуры, необходимые для минимизации водородосодержащих осадочных соединений.

И, наконец, рассмотрите возможность приобретения защитного газа с низкой точкой росы. Такие действия помогут предотвратить пористость шва. Соблюдайте все рекомендованные сварочные процедуры, касающиеся расхода защитного газа и цикла продувки.

Как и для любого метода сварки любых материалов, необходимо выполнить ряд рекомендаций, чтобы получить хороший результат.

Механические и химические свойства алюминия таковы, что его сварка может оказаться непростой задачей.

Всегда используйте самые эффективные методы очистки и хранения материалов и присадки, тщательно выбирайте правильное оборудование. Ведь проблемы при сварке алюминия всегда легче упредить, чем решать их постфактум.

5 способов нагартовки (пластической деформации металлов)

Услышав слово «нагартовка», большинство пожмёт плечами. Бывшие студенты металлургических и машиностроительных учебных заведений наморщат лоб, пытаясь что-то вспомнить. Лишь единицы смогут объяснить суть явления. Расскажем об этом сложном термине, пришедшем к нам из материаловедения металлов.

Нагартовка или наклёп?

Часто нагартовку путают с наклёпом. Наклёп — более широкое понятие. Это все виды пластической деформации металлов, возникающие при наружном механическом воздействии.

Наклёп может быть полезным и вредным. Полезный наклёп создаётся специально и называется «нагартовка» (от немецкого слова hart — твёрдый).

Вредный наклёп образуется не специально и требует последующей термической обработки металла.

Что такое пластическая деформация?

Деформация — это изменение формы и размеров предмета. Она бывает упругой и неупругой. При упругой деформации размеры тела не меняются или восстанавливаются, при неупругой меняются.

Неупругая деформация возникает, например, в алюминиевой заклёпке при ударах по ней металлическим молотком для формирования второй шляпки. Под ударом молотка алюминий на мгновение становится пластичным в месте удара и меняет свою форму.

Поэтому неупругую деформацию металлов ещё называют пластической.

Что происходит внутри металла при пластической деформации?

Любой металл имеет кристаллическую пространственную решётку, в узлах которой находятся атомы.

Чистые металлы без примесей имеют правильную прямоугольную решётку, в которой расстояния между атомами равны. Освободить металл от примесей при плавке сложно и на 100% невозможно.

После плавки металл начинает остывать. Внутри него происходят сложные физико-химические процессы и формируется монолитный кристалл.

Примеси в виде атомов чужих металлов и неметаллов вклиниваются в структуру кристалла и мешают его правильному росту. Вот поэтому в любом металле после расплава при остывании образуются зёрна разной величины и формы.

Внутри каждого зерна находится чистый металл с правильной решёткой. Примеси располагаются на границах зёрен. Связи между атомами металла в кристалле очень сильны.

Но при пластичной деформации строгая прямоугольная решётка кристалла меняет свою форму, она сминается.

Пример из жизни

Если взять кусочек пластилина и немного покатать его между ладоней, можно получить некое подобие металлического зерна. Ударив несильно ладонью по окатышу, получим овальный блинчик. Приблизительно такую форму принимают зёрна металла после пластической деформации. Но не все зёрна становятся «блинчиками». Пластическая деформация сминает зёрна только в верхних слоях металла, упрочняя его.

Почему упрочняются верхние слои?

Для наглядности нужно опять обратиться к пластилину. Сделаем много окатышей и положим их ненадолго в морозилку. Из несильно замороженных кусочков слепим кучу. Ударим ладонью по этой куче. Что произошло? В месте удара образовались знакомые нам «блинчики». В глубине кучи окатыши тоже немного помялись. Чем глубже, тем меньше было сминания.

А теперь попробуем отрывать окатыши пластилина от кучи. С обратной от удара стороны это получается легко. Но чем ближе к месту удара, тем тяжелее это делать. Почему? Зёрна в глубине металла имеют определённую площадь соприкосновения друг с другом.

В месте удара площадь соприкосновения увеличивается из-за увеличения внешней поверхности смятого зерна. При увеличении площади соприкосновения «родные» атомы металла соседних зёрен образуют между собой дополнительные связи. «Блинчики» крепче связаны между собой, чем простые «окатыши».

Вот и весь секрет уплотнения и упрочнения верхних слоёв металла после пластической деформации!

Виды нагартовки металла

Нагартовка — это полезный процесс, при котором уплотняются верхние слои металла. Такой уровень упрочнения не приводит к появлению трещин и разрушению верхних слоёв. Снаружи металла появляется «корка», которая защищает деталь при эксплуатации. После нагартовки не нужна последующая механическая обработка металла.

В отличие от нагартовки вредный наклёп требует снятия возникших в верхних слоях напряжений. Металлу устраивают «баню», нагревая поверхность до величины в 40–60% от температуры плавления. При остывании происходит рекристаллизация, восстанавливается обычная структура зёрен, напряжений больше нет и можно проводить дальнейшую механическую обработку деталей, не ломая инструмент.

Полезный наклёп (нагартовка) и вредный наклёп возникают в результате пластической деформации верхних слоёв металла только в результате холодной обработки давлением. «Холодный» – подразумевает температуру окружающего воздуха. Справочники говорят нам о допустимой верхней температуре — не больше температуры «рекристаллизации».

Важной особенностью пластической деформации является отсутствие разрушения. Пластичность оценивается величиной относительного удлинения стандартного образца при разрыве. Эта величина составляет 10–50%. К сплавам, обладающим высокой пластичностью, относятся низкоуглеродистые стали (содержание углерода 0,25%), сплавы алюминия, меди (латуни), многие легированные стали.

Какими же бывают виды холодной обработки металла давлением, запускающие процесс нагартовки в металле?

1. Ковка.
2. Прокатка.
3. Прессование или штамповка.
4. Волочение.
5. Редуцирование.

Холодная ковка

Оборудованием служат пневматические молоты при весе заготовок от 0,3 до 20 кг, паровоздушные молоты для заготовок 20–350 кг, гидравлические прессы для обработки деталей весом до 200 тонн.

Холодную ковку включают в технологию обработки, если нужно:

• расплющить деталь — уменьшить высоту, увеличив поперечное сечение (осадка);
• увеличить длину поковки за счёт уменьшения поперечного сечения (протяжка);
• получить глухое или сквозное отверстие (прошивка);
• изогнуть ось заготовки, при этом радиус изгиба не должен вызывать складки на внутренней и трещины на внешней стороне изделия (гибка);
• увеличить ширину заготовки за счёт уменьшения её толщины (разгонка).

Холодная прокатка

Это самый распространённый способ нагартовки. Так получают длинные заготовки — трубы, рельсы, профили строительных конструкций. Прокаткой получают листовой металл, используемый в машиностроении. Примером холодной прокатки может служить алюминиевая фольга толщиной до 0,001 мм, получаемая из чистого алюминия.

Холодное прессование или штамповка

Есть два вида — объёмная и листовая штамповка.

При объёмной штамповке можно делать:

• выдавливание заготовки;
• высадку;
• формовку.

Выдавливание производят на прессах в штампах, имеющих пуансон и матрицу. Исходной заготовкой служит пруток или лист. Если делают прямое выдавливание, то получают болты и клапаны. Обратным выдавливанием изготавливают полые детали. При боковом выдавливании производят различные тройники и крестовины. В сложном изделии, выдавливание делают комбинированным.

Только этот вид штамповки позволяет получить максимальную деформацию поверхности без её разрушения.

Холодная высадка — самый высокопроизводительный способ изготовления продукции. Процесс поддаётся автоматизации, поэтому в минуту можно получить от 20 до 400 деталей.

Исходным материалом здесь служит пруток или проволока диаметром 0,5–40 мм. В высадке есть потребность при выработке деталей с местным утолщением: заклёпок, болтов и винтов, гвоздей, шариков, звёздочек и накидных гаек.

Коэффициент использования металла достигает 95%.

Процесс холодной формовки аналогичен горячей штамповке. Однако здесь нужны более высокие усилия, потому что материал имеет низкую формуемость из-за упрочнения и действия сил трения. Обычно так получают детали из цветных металлов.

При холодной листовой штамповке заготовками служат листы, полосы или ленты толщиной не более 10 мм.

У листовой штамповки есть много преимуществ:

• получение деталей с малой массой;
• высокая точность и качество поверхностей;
• производительность — до 40 тысяч деталей в смену на одном станке;
• возможность автоматизации процесса.

При листовой штамповке деформации можно подвергать всю заготовку (отрезка и вырубка) или её часть (гибка, вытяжка и формовка).

Холодное волочение

Если нужно уменьшить диаметр и уплотнить поверхность проволоки для повышения её прочностных характеристик, применяют волочение. Это единственный способ нагартовки больших объёмов проволоки.

В отличие от прокатки, где инструментом служат вращающиеся валки, в волочении для обжатия используют неподвижную матрицу с фильерами.

За один цикл нельзя значительно сократить диаметр изделия, потому что тянущее усилие приложено к его тонкому концу.

Волочильные станы позволяют получать проволоку диаметром от 1 микрона до 6 мм.

Редуцирование

При этом способе нагартовки заготовка помещается между вращающимися обжимными валами или вращающаяся заготовка формуется под действием пуансона. В процессе вращения и обжима происходит изменение формы поверхности детали и её уплотнение.

• накатка наружной и внутренней резьбы;
• редуцирование труб;
• правка заготовок;
• гибка заготовок.

На резьбонакатных станках получают заготовки с наружной и внутренней резьбой М3 — М68, используя для этого накатные ролики или оправки. При редуцировании труб происходит в основном закатка или раскатка концов на длину до 200 мм. Правка заготовок нужна для выправления геометрической оси изделия. Гибку заготовок используют для получения пружин разного диаметра.

Как оказалось, нагартовка очень интересный, полезный и распространённый способ деформации металлов, который позволяет значительно увеличить эффективность металлообработки.

Технологические свойства листов при холодной деформации

Результаты исследования технологических характеристик листов сплавов системы Al-Mg-Si-Cu при холодной штамповке приведены в табл. 3.3 63.

Испытания образцов на минимальный угол гиба показали, что сплавы всех четырех составов обладают высокой технологической пластичностью при гибке — 7?т;п составляет (0,6-0,8)-S, где S — толщина листа.

Наилучшей технологической пластичностью при выдавке обладают листы из сплавов с легирующими добавками кальция 0,13-0,20%: максимальный Квыя и гладкая поверхность испытанных образцов получены на сплаве 4 с содержанием кальция 0,20 %, несколько ниже — у сплава 3 с содержанием кальция 0,13 %, минимальный — у сплава 1 без кальция.

• На поверхности образцов из сплавов 1 и 2 наблюдается дефект типа «апельсиновая корка», возникновение которого можно связать с наличием крупного зерна, в сравнении со сплавами 3 и 4 2, и собирательной рекристаллизацией, которая наблюдается в поверхностных слоях листов сплавов 1 и 2.
• Таблица 3.3
• Показатели технологичности листов сплавов системы Al-Mg-Si-Cu с различным содержанием кальция в условиях холодной штамповки

Примечание: S — толщина листа

В настоящее время накоплен большой опыт применения листового материала для холодной штамповки из термически не упрочняемых алюминиевых сплавов группы магналий.

В то же время сплавы этой группы имеют невысокие прочностные характеристики, особенно низкий предел текучести. Так, сплавы, содержащие 4-5 % Mg (отечественный сплав АМг4, зарубежные аналоги 5082, 5182) имеют предел текучести 140 МПа [65].

настоящее время накоплен большой опыт применения листового материала для холодной штамповки из термически не упрочняемых алюминиевых сплавов группы магналий.

В то же время сплавы этой группы имеют невысокие прочностные характеристики, особенно низкий предел текучести. Так, сплавы, содержащие 4-5 % Mg (отечественный сплав АМг4, зарубежные аналоги 5082, 5182) имеют предел текучести 140 МПа [65].

Увеличение прочностных характеристик путем повышения содержания магния в сплаве или нагартовки листов на 20-40 % приводит к ухудшению технологичности. На таком материале можно проводить лишь несложные операции вытяжки, гибки, отбортовки при изготовлении из него изделий холодной штамповкой.

Недостатками сплавов группы магналий при холодной деформации являются их быстрая наклепываемость и проявление склонности к линиям Чернова- Людерса, которые ухудшают качество поверхности изделия.

Прочностные характеристики нагартованных сплавов группы магналий даже в процессе вылеживания при комнатной температуре снижаются.

При нагревах (175-200°С) с выдержками 20-60 мин, соответствующих режимам сушки лакокрасочных покрытий, происходит не только снижение прочности, но и существенное повышение склонности данных сплавов к межкристаллитной коррозии 67.

С точки зрения экономики, а также эксплуатации, термически упрочняемый листовой сплав системы Al-Mg-Si-Cu представляет интерес в качестве замены сплавов группы магналий прежде всего для изделий, получаемых листовой холодной штамповкой [66].

Листы из указанного сплава могут использоваться также взамен стальных листов в конструкции автомобилей для наружных навесных панелей корпуса и бензобаков, что снизит массу узлов до 43 % и обеспечит вторичную переработку вышедших из эксплуатации деталей до 85-95 %.

Было смоделировано состояние материала после холодного формообразования в разных зонах детали, для чего провели нагартовку листов путем холодной прокатки со степенями деформации 10, 25 и 40 %. Листы перед нагартовкой подвергали термической обработке по двум режимам:

• 1 — отжиг при 350°С, 1 ч, охлаждение на воздухе (состояние М);
• 2 — закалка от 530°С (3 мин) с охлаждением в воде комнатной температуры и естественное старение (состояние Т).

Были проведены испытания нагартованных заготовок на растяжение и коррозию.

При этом часть заготовок испытывали непосредственно после нагартовки, а другую часть заготовок (с исходным состоянием Т) — после нагартовки и термической обработки при 190°С, 30 мин, что соответствует режиму горячей сушки лакокрасочного покрытия. Этот подход к оценке работоспособности деталей отличается от общепринятого, при котором обычно ориентируются на свойства листа, не претерпевшего деформацию.

Для определения возможности перезакалки деталей, полученных холодной штамповкой листов в состоянии Т или М, нагартованные образцы подвергали термической обработке по режиму: нагрев под закалку в воздушной печи до 530°С, выдержка 10 мин, охлаждение в воде комнатной температуры, естественное старение 17 суток.

Величину зерна определяли методом секущих на микрошлифах, вырезанных в продольном направлении (относительно направления прокатки) по толщине листа. Выявление зеренной структуры осуществляли путем анодного оксидирования шлифа с его последующим анализом в поляризованном свете (метод цветного травления).

Влияние времени вылеживания и степени деформации на механические свойства, в том числе после перезакалки, оценивали на образцах, вырезанных в поперечном направлении. Механические свойства листов в свежезакаленном, состоянии определяли в трех направлениях.

Механические испытания проводили на плоских образцах в поперечном направлении в соответствии с ГОСТ 1497-84. Относительное удлинение определяли на двух расчетных длинах: 15 и ПО.

В международной практике относительное удлинение в ряде случаев определяют на еще более короткой расчетной длине, где вклад сосредоточенной деформации в общее удлинение оказывается еще больше, что дает возможность использовать полученные результаты для оценки способности материала к формообразованию методом гибки.

Коррозионную стойкость листов из исследуемого сплава после дополнительной деформации, а также после выдержки при 190°С, 30 мин оценивали при следующих испытаниях:

• • на межкристаллитную коррозию (МКК) по ГОСТ 9.021 при полном погружении в раствор № 1 (водный раствор 1 % НС1 + 3 % NaCl) в течение 1 суток с последующей оценкой глубины МКК, определяемой на поперечных шлифах после окончания испытаний;
• • на расслаивающую коррозию (РСК) ускоренным методом по ГОСТ 9.904 при полном погружении в раствор №4 (на 1дм воды — 13,5 г (или 30 мл) НС1 + 20 г К2Сг207) в течение 7-14 суток с последующей оценкой РСК в баллах по десятибалльной шкале;
• • на нитевидную коррозию на образцах с химически оксидным и анодно-оксидным покрытиями; в покрытиях наносили прорезь до основы, затем образцы подвергали выдержке в эксикаторе с влажностью 95 % при 40°С в течение 40 суток; о степени коррозии судили по состоянию покрытий в прорези.

Технологические свойства холоднокатаных листов из сплава системы Al-Mg-Si-Cu при холодном формообразовании оценивали в закаленном состоянии по комплексной методике [69], включающей определение показателей, характеризующих способность материала к вытяжке (Квыт), отбортовке (Котб), выдавке (Квыд ) и гибке (Rmin).

Листы сплава исследуемого сплава, содержащего 0,18% кальция, в свежезакаленном состоянии имеют одинаковые механические свойства в трех направлениях (табл. 4.4), что свидетельствует об их изотропности. С увеличением времени вылеживания до 180 суток (табл. 3.4 и 3.

5) прочностные характеристики заметно повышаются при незначительном снижении относительного удлинения, т.е. растет упругость материала при сохранении высокой пластичности.

На практике в отличие от термически упрочняемых сплавов других систем время перерыва между закалкой и деформацией для сплавов системы Al-Mg- Si-Cu не ограничивают.

Механические свойства сплава системы Al-Mg-Si-Cu (лист) в свежезакаленном состоянии

1. Примечание: Время перерыва между закалкой и испытанием менее 1 ч.
2. Механические свойства сплава системы Al-Mg-Si-Cu (лист) после закалки и вылеживания разной длительности
3. Таблица 3.5

Как следует из данных табл. 3.6, после дополнительной холодной деформации 10% прочностные характеристики листов в состоянии Т повышаются на

100 МПа, а относительное удлинение снижается до 11 %. Увеличение степени деформации до 40 % способствует дальнейшему повышению прочности до с02 = 380 МПа при снижении относительного удлинения до 7 %.

Механические свойства сплава системы Al-Mg-Si-Cu (лист) после дополнительной холодной деформации

Прочностные характеристики листов в состоянии М после холодной деформации повышаются в меньшей степени, чем у сплава в состоянии Т.

При этом относительное удлинение резко снижается (после деформации со степенью е = 40 % оно равно всего лишь 2 %).

После деформации с 8 = 10% пластичность сплава в состоянии М уменьшается более чем в 4 раза, в то время как при такой же степени деформации листов в состоянии Т она снижается только в 2 раза.

Проводили сравнительный анализ механических свойств листового сплава 5182 и исследуемого сплава после дополнительной холодной деформации и нагревов, имитирующих сушку лакокрасочных покрытий (табл. 3.7).

Показано, что дополнительный нагрев при 190°С, 30 мин приводит к снижению предела текучести сплава 5182 на 30%, т.е. к снятию эффекта упрочнения нагартовкой.

Прочностные характеристики сплава системы Al-Mg-Si-Cu практически не изменяются, а пластичность несколько повышается.

Механические свойства сплавов 5182 и сплава системы Al-Mg-Si- Си (лист) после дополнительной холодной деформации и нагрева, имитирующего сушку лакокрасочного покрытия

По технологическим свойствам исследуемый сплав в состоянии Т превосходит сплавы группы магналий в состоянии М (табл. 3.8).

Заготовки из листов с дополнительной холодной нагартовкой со степенью 10-40% подвергали закалке от 530°С (10 мин) в воде. Исследовалось зеренное строение листов, выявленное с помощью цветного травления (рис. 3.5). Установлено, что после отжига, нагартовки со степенями 8 = 10; 25 % и закалки размер зерна d = 850 мкм и 500 мкм соответственно.

Показатели технологических свойств листов

Рис. 3.5. Микроструктура листов сплава системы Al-Mg-Si-Cu после холодной деформации со степенью е = 10% (а, б) и 40% (в, г) и последующей закалки от 530°С (10 мин) в воде (цветное травление, х150):

а, в — исходное состояние М (отжиг при 350°С, 1 ч, охлаждение на воздухе); б, г — исходное состояние Т (закалка от 530°С, 5 мин, охлаждение в воде)

Степень деформации 10 % является для данного случая критической: зерна имеют выраженную текстуру рекристаллизации в направлении деформации. Прочностные и пластические характеристики при испытании на растяжение образцов с размером зерна d > 350 мкм низкие (табл. 3.9), при этом на их поверхности образуется апельсиновая корка.

Механические свойства и размер зерна сплава системы Al-Mg-Si-Cu (лист) после дополнительной холодной деформации с последующей закалкой

При нагартовке листов в состоянии Т критическая степень, по- видимому, меньше 10%. С уменьшением размера зерна до 250 мкм характеристики пластичности листов близки к аналогичным характеристикам сплава в состоянии Т. Следы деформации не обнаруживаются на поверхности разрывного образца при размере зерна d

Алюминий и его сплавы. Особенности обработки

Алюминий – мягкий и пластичный металл, который, в общем случае, хорошо поддается механической обработке (фрезерованию, сверлению, гравированию).

Режимы резания при этом могут быть намного выше, чем при обработке, например, конструкционных сталей.

С одной стороны, это обусловлено меньшими нагрузками при снятии стружки, с другой — высоким коэффициентом теплопроводности алюминия, благодаря которому тепло из зоны резания хорошо отводится вместе со стружкой, не вызывая перегрева инструмента.

Иногда при обработке алюминия можно столкнуться и с негативными эффектами. Первый – высокая вязкость некоторых сплавов.

В этом случае существует тенденция к формированию длинной стружки, которая наматывается на инструмент и забивает канавки, что приводит к поломке гравировальной фрезы или сверла.

Поэтому, как правило, на инструменте для обработки сплавов алюминия делают большие стружечные канавки для облегченного схода стружки, хотя это и ограничивает максимальное количество зубьев на фрезе двумя либо тремя.

Второй негативный эффект – наростообразование. Это явление, при котором происходит точечная наплавка обрабатываемого материала на режущую кромку инструмента в зоне резания.

Следствием этого является притупление режущего клина и увеличение нагрузки на инструмент, а так же затрудненный сход стружки из-за ухудшения шероховатости передней поверхности инструмента.

Производители инструмента борются с этим явлением, повышая гладкость передней поверхности (например, за счет дополнительной полировки или нанесения ультрагладкого покрытия), а также задавая определенные значения переднего и заднего углов режущего клина.

При наплавке материала, происходит забивание канавки, что ведет к дисбалансу инструмента.

При затуплении режущей кромки, происходит перегрев инструмента, что может привезти к заклиниванию и как следствие, к поломке дорогостоящего инструмента.

На степень и глубину наплавки материала, влияют режимы резания, геометрия режущего инструмента, степень его затупления, т.е. все факторы, определяющие протекание пластической деформации в зоне резания.

• Увеличение скорости резания способствует уменьшения глубины и степени наплавки, а подачи и глубины резания – к их увеличению!
• Для устранения негативных эффектов при обработке алюминиевых сплавов рекомендуется использовать специальные серии твердосплавного инструмента.
• Для механической обработки на фрезерных и токарных станках, чаще всего используют марки дюрали Д16 либо Д16Т (Д16ТН).

Д16Т лучше всего подходит для механической обработки на фрезерных и токарных станках. Благодаря термообработке, данный материал имеет более хрупкую структуру, что положительно влияет на режимы его резания.

При фрезеровании Д16Т, лучше всего использовать непрерывную подачу СОЖ либо систему охлаждение инструмента масляным туманом. При операциях с небольшими съемами за проход, Д16Т можно обрабатывать “на сухую”, либо периодически опрыскивая вручную зону резания. Сплав Д16, так же удобен для механической обработки. Его сопротивление среза не превышает 15 кг/мм2.

Основным отличием данного сплава, относительно термообработанного Д16Т, является чуть более высокий параметр вязкости. При не корректных режимах резания, либо при не правильно подобранном инструменте, может происходить наматывание стружки на инструмент. При обработке Д16, используют непрерывную подачу СОЖ в зону резания. Инструмент – максимально остро заточенный.

Самым сложным для фрезерной и токарной обработки является чистый алюминий и его сплав с магнием (АМГ). Данные сплавы имеют удовлетворительную прочность, хорошую пластичность и высокую коррозийную стойкость. С ростом содержания магния, существенно увеличивается прочность АМГ.

Из всех сплавов алюминия, данный сплав является самым вязким. При обработке АМГ на фрезерных станках с ЧПУ либо на токарных станках с ЧПУ, оператор может сталкиваться с проблемой забивания канавок инструмента стружкой. Для обработки АМГ необходимо более тщательно подбирать режимы резания: подачи и скорость вращения.

Обязательно использование непрерывной подачи СОЖ в зону реза и специального, максимального остро заточенного и полированного инструмента. Соблюдая эти правила, можно обрабатывать АМГ без опасности для инструмента и получать необходимую шероховатость.

Остальные сплавы алюминия, не так распространены при механической обработке на Токарных и фрезерных станках с ЧПУ.

Анодирование алюминия. основные дефекты и причины их возникновения. — pdf free download

УДК 621.3 О ФАКТОРАХ, ВЛИЯЮЩИХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6 35 кв Трофимова С.Н. Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте, Россия Известно,

СВАРКА 1. Физическая сущность и классификация способов сварки Сварка это процесс получения неразъемного соединения путем расплавления и совместной кристаллизации материала двух соединяемых деталей или

Металлы Самигуллина Г.Т Периодическая система Д. И. Менделеева Строение атомов (продолжение) У атомов металлов на наружном энергетическом уровне обычно находится от одного до трех электронов. Их атомы

Инновационные технологии Henkel Anton Dudin, Luigi Assandri Алюминий-21/Обработка поверхности и отделка Гостиница Palmira Business Club, Москва 3-5 октября 2017 г Содержание О компании Henkel Инновации

Электрохимия (лекции, #15) Доктор химических наук, профессор А.В. Чуриков Саратовский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского Институт химии ЛИМИТИРУЮЩАЯ СТАДИЯ РАЗРЯДА-ИОНИЗАЦИИ Твердо установлено,

Общая химия Студент: Группа: Дата выполнения работы: Лабораторная работа Цель работы: КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ Основные понятия: коррозия: химическая, электрохимическая; коррозионный гальванический элемент;

Инструментальные технологии Инструментальные технологии Индекс шлифуемости Стружка Направление подачи Абразив Заготовка A: K460 B: K110 C: K390 Твердость HRC Связка Поры воздуха Абразив Конструкция шлифовального

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие… 8 Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРО- ХИМИЧЕСКОГО РАСТВОРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ. 10 1.1. Активное растворение металлов… 10 1.1.1. Анодное растворение и

Цветные металлы Лекция Лектор: Беда Наталья Павловна МЕДЬ И ЕЁ СПЛАВЫ Латуни (сплав меди с цинком). Марки: Л 62 (62% меди и остальное цинк) пластинки для отделения внутренних органов; канюли для проколов

Протектроные металлические покрытия согласно СП 28.13330.2012. Защита строительных конструкций от коррозии. Как сократить материальные затраты при производстве изделий, подверженных коррозии в системе

Источник