|
Реферат: Смазки при обработке металлов давлением (Металлургия)
Смазки при обработке металлов давлением.
При обработке давлением широко применяют смазки. Основное значение
смазки - снижение коэффициентов трения. Смазка образует промежуточный слой
между деформируемым телом и инструментом, полностью или частично
изолирующий их друг от друга. Если смазка полностью изолирует трущиеся
поверхности, то получается трение жидкостное. При обработке металлов
давлением вследствие высоких удельных давлений смаака не всегда полностью
изолирует трущиеся поверхности, поэтому получается трение полужидкостное.
Для того чтобы смазка в достаточной степени изолировала деформируемое
тело от инструмента, не разрывалась и не выдавливалась, она должна иметь
достаточную активность и вязкость.
Активность смазки - способность образовывать на поверхности трения
прочный защитный слой из ее полярных молекул. Активность смазки зависит от
наличия в ней поверхностно активных веществ, к которым относят жирные
кислоты (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая) и их соли, являющиеся
мылами. Для создания активности достаточно небольшой добавки жирных кислот
к смазке.
Вязкость смазки обеспечивает ее сопротивление выдавливанию из места
контакта трущейся пары. Смазка, обладающая достаточной активностью и
вязкостью, при высоком качестве отделки поверхности трущихся тел и высокой
скорости скольжения может создать условия для жидкостного или
полужидкостного трения.
При жидкостном трении сила необходима для преодоления внутреннего
трения слоя смазки. По Ньютону сила трения
T = ? · v · F / h
а напряжение трения
? = ? · v / h
где ? - вязкость жидкости; v - скорость скольжения; h - толщина слоя
смазки.
Из формул видно, что сила и напряжение трения при жидкостном трении не
зависят от нормального давления, но зависят от площади контакта в
противоположность сухому трению. Сила трения тем больше, чем выше вязкость
смазки. Однако высокая вязкость необходима для создания при трении прочного
не разрывающегося слоя. Вязкость смазки надо выбирать в зависимости от
условий работы. Так, чем больше удельное давление на контакте, тем большей
вязкостью должна обладать смазка.
Влияние скорости скольжения при жидкостном трении противоположно ее
влиянию при сухом трении. Так, при сухом трении сила трения уменьшается с
увеличением скорости скольжения, а при жидкостном, наоборот, с увеличением
скорости скольжения сила трения растет. Однако при увеличении скорости
скольжения большее количество смазки увлекается в зону контакта при этом
толщина пленки увеличивается и сила трения уменьшается.
При холодной обработке давлением с большими степенями деформации и
высокими скоростями (прокатка тонких полос и лент, волочение проволоки),
когда выход тепла значителен, смазка, помимо основного требования -
снижения силы и коэффициента трения, должна охлаждать инструмент и
обрабатываемый металл. В связи с этим она должна обладать высокой
теплоемкостью.
При горячей обработке давлением (особенно при высоких температурах) с
большими удельными давлениями и относительно большой длительностью контакта
между металлом и инструментом (например, прессование стальных прутков,
труб) смазка должна обладать малой теплопроводностью. Это позволит
предохранить инструмент от чрезмерного перегрева.
П.А. Ребиндер установил физико-химическое воздействие смазки на
поверхностный слой деформируемого металла. Смазка, обладающая достаточной
поверхностной активностью, снижает потребное усилие, уменьшает коэффициент
трения не только .непосредственно разделением поверхностей трущихся тел, но
и через уменьшение сопротивления деформации поверхностного слоя.
При пластической деформации в условиях разноименной схемы напряженного
состояния молекулы смазки проникают в поверхностные поры и микроскопические
трещины и оказывают расширяющее действие на поверхностный слой. Последний
делается более податливым, пластифицируется и это приводит к
дополнительному снижению коэффициента трения. .
В последнее время проведены работы по внедрению режимов обработки
металлов давлением в условиях жидкостного или полужидкостного трения путем
применения гидростатической и гидродинамической смазки.
Особенно большие работы выполнены при волочении, где особенно вредна
роль трения и где прежде, чем в других процессах обработки давлением, можно
применить эти системы смазки.
Сущность гидростатической. смазки заключается в том, что смазка в зону
деформации подается под большим давлением, что способствует лучшему
проникновению смазки между инструментом и деформируемым телом, изолируя их
друг от друга. Этот способ требует установки достаточно сложного
оборудования, в частности насоса высокого давления. Более перспективна
гидродинамическая смазка.
Сущность гидродинамической смазки заключается в том, что перед входом
металла в зону деформации создается повышенное давление смазки вследствие
гидродинамического эффекта. Этот эффект возникает вследствие того, что
смазка, налипшая на движущуюся в направлении зоны деформации проволоку,
трубу или полосу, увлекается ими в узкие и достаточно длинные насадки; при
большей скорости движения через насадку в смазке создается давление,
соизмеримое с сопротивлением деформации обрабатываемого металла.
Помимо указанных основных свойств, смазка должна удовлетворять ряду
технологических требований; легко наноситься на металл и инструмент, быть
химически пассивной (не разъедать металл и инструмент), иметь минимальное
количество остатков, чтобы не загрязнять поверхность после термической
обработки, быть безвредной для рабочих и т. п.
В зависимости от назначения применяют следующие смазки:
1. Жидкие и консистентные смазки - эмульсии, масла растительные,
минеральные и смеси. Эмульсии, представляющие собой смесь воды и взвешенных
в ней мельчайших капелек масла, обладают хорошей охлаждающей способностью.
Их применяют главным образом при холодной обработке металлов давлением с
большими скоростями.
При больших давлениях применяют масла и их смеси, обладающие большей
вязкостью, для повышения вязкости к маслам иногда добавляют загустители
(парафин, стеарин). Для повышения активности масел к ним добавляют активные
наполнители (серный цвет, хлористые соединения и т.п.).
2. Порошкообразные смазки - мыла в виде порошка или стружки, графит.
Последний часто применяют в виде добавки к маслам и в виде водной суспензии
с некоторыми добавками.
3. Стекло в виде порошка или ваты применяют при горячем прессовании
сталей и тугоплавким металлов. При соприкосновении с нагретым металлом
стекло размягчается, плотно прилипает к поверхности металла и, выполняя
роль смазки, предохраняет инструмент от перегрева.
4. При волочении проволоки и труб из высокопрочных сталей и сплавов
применяют покрытые заготовки мягкими пластичными металлами (медь, свинец),
на которые наносят смазку.
Реферат на тему: Сплавы на базе меди
Медные сплавы
Для деталей машин используют сплавы меди с цинком , оловом, алюми-
нием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30-40
кгс/мм^2 у сплавов и 25-29 кгс/мм^2 у технически чистой меди (табл. 35-
39).
Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых
бронз) не принимают термической обработки, и их механические свойства и
износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на струк-
туру. Модуль упругости медных сплавов (900-12000 кгс/мм^2 ниже , чем у
стали).
Основное преимущество медных сплавов - низкий коэффициент трения
(что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), со-
четающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойко-
стью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводно-
стью.
Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных
сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведе-
ние в условиях коррозии зависят от состава сплавов , a следовательно, от
струк-
туры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных.
Марки медных сплавов.
Марки обозначаются следующим образом.
Первые буквы в марке означают: Л - латунь и Бр. - бронза.
Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. В бронзе, означают:
А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец,
Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Ф. - фосфор.
Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное
содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней,
отличается от порядка, принятого для бронз.
В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают
содержание основного компонента - меди. Остальные цифры, отделяемые друг
от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов.
Эти цифры расположены в том же порядке, как и буквы, указывающие
присутствие в сплаве того или иного элемента. Таким образом содержание
цинка в наименовании марки латуни не указывается и определяется по
разности. Например, Л86 означает латунь с 68% Cu (в среднем) и не имеющую
других легирующих элементов, кроме цинка; его содержание составляет (по
разности) 32%. ЛАЖ 60-1-1 означает латунь с 60% Cu , легированную
алюминием (А) в количестве 1% , с железом (Ж) в количестве 3% и марганцем
(Мц) в количестве 1%. Содержание цинка (в среднем) определяется вычетом из
100% суммы процентов содержания меди, алюминия, железа и марганца.
В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента -
меди - не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв,
отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание
легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и
буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом.
Например, Бр.ОЦ10-2 означает бронзу с содержанием олова (О) ~ 4% и цинка
(Ц) ~ 3%.Содержание меди определяется по разности (из 100%). Бр.АЖНЮ-4-4
означает бронзу с 10% Al , 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu). Бр. КМц3-1 означает
бронзу с 3% Si , и 1% Mn (и 96% Cu).
1. Медно-цинковые сплавы. Латуни (табл. 35).
По химическому составу различают латуни простые и сложные,
а по структуре - однофазные и двухфазные.
Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.
Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность; она
наибольшая у латуней с 30-32% цинка (латуни Л70 , Л67). Латуни с более
низким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и
Л70 в пластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности. Они
поставляются в прокате и поковках.
Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость (но главным
образом при нагреве) и повышенные литейные свойства и используются не
только в виде проката, но и в отливках. Пластичность их ниже чем у
однофазных латуней, а прочность и износостойкость выше за счет влияния
более твердых частиц второй фазы.
Прочность простых латуней 30-35 кгс/мм^2 при однофазной структуре и
40-45 кгс/мм^2 при двухфазной. Прочность однофазной латуни может быть
значительно повышена холодной пластической деформацией. Эти латуни
имеют достаточную стойкость в атмосфере воды и пара (при условии снятия
напряжений, создаваемых холодной деформацией).
2. Оловянные бронзы (табл. 36).
Однофазные и двухфазные бронзы превосходят латуни в прочности и
сопротивлении коррозии (особенно в морской воде).
Однофазные бронзы в катаном состоянии, особенно после значительной
холодной пластической деформации, имеют повышенные прочностные и
упругие свойства (?>= 40 кгс/мм^2).
Для двухфазных бронз характерна более высокая износостойкость.
Важное преимущество двухфазных оловянистых бронз - высокие литейные
свойства; они получают при литье наиболее низкий коэффициент усадки по
сравнению с другими металлами, в том числе чугунами. Оловянные бронзы
применяют для литых деталей сложной формы. Однако для арматуры котлов и
подобных деталей они используются лишь в случае небольших давлений пара.
Недостаток отливок из оловянных бронз - их значительная микропористость.
Поэтому для работы при повышенных давлениях пара они все больше
заменяются алюминиевыми бронзами.
Из-за высокой стоимости олова чаще используют бронзы, в которых
часть олова заменена цинком (или свинцом).
3. Алюминиевые бронзы (табл. 37).
Эти бронзы (однофазные и двухфазные) все более широко заменяют латуни
и оловянные бронзы.
Однофазные бронзы в группе медных сплавов имеют наибольшую
пластичность (? до 60%). Их используют для листов (в том числе небольшой
толщины) и штамповки со значительной деформацией. После сильной холодной
пластической деформации достигаются повышенные прочность и упругость.
Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или применяют в
виде отливок. У алюминиевых бронз литейные свойства (жидкотекучесть)
ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше, но они не образуют
пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок.Литейные
свойства улучшаются введением в указанные бронзы небольших количеств
фосфора. Бронзы в отливках используют, в частности, для котельной арматуры
сравнительно простой формы, но работающей при повышенных напряжениях.
Кроме того, алюминиевые двухфазные бронзы, имеют более высокие
прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. У сложных
алюминиевых бронз, содержащих никель и железо, прочность составляет
55-60 кгс/мм^2.
Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против
коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере.
Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации, и т.д..В
виде лент, листов, проволоки их применяют для упругих элементов, в
частности для токоведущих пружин.
4. Кремнистые бронзы (табл. 38)
Применение кремнистых бронз ограниченное. Используются
однофазные бронзы как более пластичные. Они превосходят алюминиевые
бронзы и латуни в прочности и стойкости в щелочных (в том числе сточных)
средах.
Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих в указанных
средах.
Кремнистые бронзы, дополнительно легированные марганцем, в результате
сильной холодной деформации приобретают повышенные прочность и
упругость и в виде ленты или проволоки используются для различных упругих
злементов.
5. Бериллиевые бронзы.
Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность (? до
120 кгс/мм ^2) и коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью.
Однако эти бронзы из-за высокой стоимости бериллия используют лишь для
особо ответственных в изделиях небольшого сечения в виде лент, проволоки
для пружин, мембран, сильфонов и контактах в электрических машинах,
аппаратах и приборах.
Указанные свойства бериллиевые бронзы после закалки и старения,
т.к. растворимость бериллия в меди уменьшается с понижением температуры.
Выделение при старении частиц химического соединения CuBe повышает
прочность и уменьшает концентрацию бериллия в растворе меди.
Медные сплавы. Оловянные бронзы.
|марка |химический состав |назначение |
| | | | | | | |
| |Sn |P |Zn |Ni |Pb | |
| |обрабатываемые давлением (однофазные)| |
| |по ГОСТ 5017–49 | |
|Бр.ОФ6,5| |0,1–0,| | | -|Ленты, сетки в|
|–0,15 |6–7 |25 |- |- | |аппаратостроен|
| | | | | | |ии, бумажной |
| | | | | | | |
| | | | | | |пром..Мембраны|
| | | | | | |, пружины, |
| | | | | | |детали |
| | | | | | |работающие на |
| | | | | | |трение. |
|Бр.ОЦ4–3| | -| | | -| |
| |3,5 | |2,7–3,|- | | |
| | | |3 | | | |
| | литейные | |
| |(двухфазные) по ТУ | |
|Бр.ОЦ10–| | -| | | -|шестерни, |
|2 |9–11 | |2–4 |- | |втулки, |
| | | | | | |подшипники. |
|Бр.ОФ10–| | | | | -|То же, |
|1 |9–11 |0,8–0,|- |- | |пластичность |
| | |12 | | | |выше. |
|Бр.ОНС11| | | | | |То же, при |
|–4–3 |- |- |- |4 |3 |нагреве. |
| | | | | | |Втулки |
| | | | | | |клапанов. |
|Алюминиевые бронзы (по ГОСТ 18175–72) |
|марка |химический состав |назначение |
| |Al |Fe |Ni | |
| |высокой пластичности (однофазные) | |
|Бр.А5 |4–6 |- |- |Ленты, полосы,|
| | | | |для пружин. |
| |высокой прочности (двухфазные) | |
|Бр.АЖ |8–10 |2–4 |- |Шестерни, |
|9–4 | | | |втулки, |
| | | | |арматура, |
| | | | |в.т.ч для |
| | | | |морской воды. |
|Бр.АЖН10|9,5–11 |3,5–5,5 |3,5–5,5 |То же, при |
|–4–4 | | | |больших |
| | | | |давлениях и |
| | | | |трении. |
Кремнистые бронзы (по ГОСТ
18175–72)
| марка |химический состав |назначение |
| |Si |Mn |Ni | |
|Бр.КМц |2,75–3,5 |1–1,5 |- |Пружины, |
|3–1 | | | |трубы, втулки |
| | | | |в |
| | | | |судостроении, |
| | | | |авиации, |
| | | | |химической |
| | | | |промышленности|
| | | | |. |
|Бр.КН |0,6–1,1 |0,1–0,4 |2,4–3,4 |Втулки, |
|1–3 | | | |клапаны, |
| | | | |болты, |
| | | | |и др. детали |
| | | | |для работы в |
| | | | |морской и |
| | | | |сточных водах.|
Бериллиевые бронзы (по ГОСТ 18175–72)
| марка |химический состав |назначение |
| |Be |Ni |Ti |Mg | |
|Бр.Б2 |1,8–2,1 |0,2–0,5 |- |- | |
| | | | | | |
| | | | | |Высокопрочные |
| | | | | |и токоведущие |
| | | | | |пружины, |
| | | | | |мембраны, |
| | | | | |сильфоны. |
|Бр.БНТ1,|1,6–1,85|0,2–0,4 |0,1–0,25|- | |
|7 | | | | | |
|Бр.БНТ1,|1,85–2,1|0,2–0,4 |0,1–0,25|- | |
|9 | | | | | |
|Бр.БНТ1,|1,85–2,1|0,2–0,4 |0,1–0,25|0,07–0,1| |
|9Mr | | | |3 | |
Латуни
|марка |химический состав |назначение |
| |Cu |Al |Pb |Sn |другие| |
|Простые латуни |
| |Пластичные (однофазные), | |
| |деформируемые в холодном и горячем | |
| |состоянии | |
|Л96 |95,0–9|- |- |- |- |Трубки |
|(томпак)|7,0 | | | | |радиаторные, |
| | | | | | |листы, ленты. |
| | | | | | | |
|Л80 |79,0–8|- |- |- |- |Трубки, лента,|
|(полутом|1,0 | | | | |проволока. |
|пак) | | | | | | |
|Л68 |67,0–7|- |- |- |- |Листы, ленты |
| |0,0 | | | | |для глубокой |
| | | | | | |вытяжки. |
| |Меньшей пластичности (двухфазные), | |
| |деформируемые в горячем состоянии и | |
| |литейные. | |
|ЛС59–1 |57,0–6|- |0,8–1,|- |- |Листы, трубы, |
| |0,0 | |9 | | |литье; хорошая|
| | | | | | |обрабатываемос|
| | | | | | |ть резанием. |
|Сложные латуни |
| |Обрабатываемые давлением (однофазные)| |
|ЛА 77–2 |76,0–7|1,7–2,|- |- |- |Трубы в |
| |9,0 |5 | | | |морском и |
| | | | | | |общем |
| | | | | | |машиностроении|
|ЛО70–1 |69,9–7|- |- |1–1,5 |- |Трубы |
| |1,0 | | | | |подгревателей |
| |Литейные (двухфазные) по ГОСТ | |
| |17711–72 | |
|ЛА |66–68 |2–3 | | |
