плакірованіе металів

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Чернігівський Державний технологічний Університет

Кафедра: зварювального виробництва

З дисципліни: «Нанесення покриттів»

На тему: «Зовнішня оболонка металів»

У сучасній техніці і металоконструкціях існує потреба у використанні матеріалів володіють спеціальними властивостями, таких як висока механічна міцність, висока корозійна стійкість, жароміцність, зносостійкість, мала питома вага, висока електропровідність і т.д.

Застосовуючи різні комбінації металів, що володіють окремо деякими з цих властивостей, можна отримати бажаний результат. Багатошаровий метал відрізняє від сплаву то, що в ньому зберігаються специфічні властивості складових металів, в той же час цей метал володіє новими, притаманними тільки йому властивостями.

Нижче ми розглянемо отримання спеціальних металів за допомогою плакирования.

Метод полягає в з'єднанні двох і більше різнорідних пластин прокаткою, зварюванням вибухом, литтям і т.д. Плакіровочнимі металами може бути коррозионностойкая сталь, нікель, мідь, титан і ін. Найбільш поширеним способом плакирования є зварювання вибухом.

Крім плакирования пластин можливо плакірованіе стрижнів і труб, внутрішніх поверхонь циліндрів.

Процес виробництва багатошарових виробів починається з отримання заготовок для подальшого спільного деформування металів і сплавів.

Найбільш прості у своєму виконанні багатошарові заготовки, одержувані накладенням шарів металів безпосередньо перед спільної деформацією. Цей метод можна застосовувати для гарячої обробки металів, що мають легко руйнується окісну плівку, або для холодної спільної деформації (наприклад, прокаткою або волочінням). Він не вимагає запобігання поверхонь від окислення, і з'єднуються метали надходять на операцію деформування після відповідної обробки поверхні (травленням, знежиренням, прожарювання, обробки ультразвуком або механічної обробки) і, якщо того потрібно, нагріву.

Заготовки для прокатки попередньо склёпивают з переднього торця або без скріплення подають в валки прокатного стану.

З метою отримання більш рівномірною пошаровим деформації при прокатці, особливо металів зі значно відрізняються властивостями міцності, застосовують симетричну заготовку (рис.1 а).

Малюнок 1.Сімметрічние пакети для прокатки

а) чотиришарове пакет; б) тришаровий пакет

1-плакіровочний метал; 2-плакіруемий метал; 3) кріплення пакета

Симетрична заготівля дозволяє уникнути вигину смуги в процесі прокатки. Симетричний пакет збирають за схемою М-Т-Т-М, або за схемою Т-М-М-Т, при якій шари більш м'якого металу знаходяться зовні, а більш твердого - всередині або навпаки. Можна застосовувати і схему М-Т-М або Т-М-Т (рис.1б). Цим способом можна отримати як тришаровий, так і двошаровий лист. Після прокатки зазвичай один з плакируют листів видаляють, для полегшення цього контактну поверхню одного з листів змащують протівосварочной пастою.

Однак симетрична заготівля сприяє більш рівномірної деформації шарів тільки при певному вихідному співвідношенні товщини. В іншому випадку відбувається «сповзання» м'якого плакуючого шару і зменшення його товщини до певної величини, після чого починається вже досить рівномірна послойная деформація.

Кращої якості плакирования можна досягти, якщо зібраний під прокатку пакет герметизувати (проварити по торця). Перед зварюванням (герметизацією) проводиться продування пакета аргоном, повітря витісняється і тим самим створюються умови, що запобігають окислення контактної поверхні в процесі нагрівання.

Ще краща якість зчеплення мають вироби, отримані з вакуумованих заготовок. Для цієї мети до герметезірованной заготівлі приварюють трубку, через яку відкачують повітря. Трубку розігрівають і розплющують, а потім обрізають (вище місця зварювання), після чого можна приступити до гарячої деформації заготовки.

Ще більш надійним способом вакуумування біметалічною заготовки є наступний: в кришці біметалічною заготовки, яка одночасно є плакируючим металом, просвердлюють отвір. Кришку в звичайній або аргоновой атмосфері зварюють по торця з металом основи. До завантаження в вакуумну піч на отвір в кришці накладають пластину з однорідного з нею металу і закладають між ними припій товщиною не більше 0.1 мм. Припій вибирають таким, щоб його температура плавлення була на 50-80 град вище температури гарячої обробки біметалічною заготовки.

Пластину припою вигинають так, щоб між їй і кришкою утворився зазор в 3-5мм. У печі створюють необхідний вакуум, після чого роблять нагрівання заготовки. В процесі нагрівання припій спочатку випрямляється, і пластина щільно лягає на кришку заготовки, а потім розплавляється припаює пластину до кришки, здійснюючи тим самим надійну герметизацію заготовки.

Можливе використання заготовок для прокатки отриманих за допомогою відливання. Є два варіанти отримання заготовки: з'єднання твердого металу з рідким в процесі відливання і з'єднання рідкого металу з рідким.

Заливкою твердого металу рідким можна домогтися різної конфігурації злитка. Таким способом одержують плоску заготовку під прокатку, а також круглу в перетині заготовку з внутрішнім стрижнем (малюнок 2).

Змінюючи розташування і кількість заготовок в виливниці, можна отримати тришарову або багатошарову заготівлю. Якщо дві пластини змастити протівосварочной обмазкой (наприклад, порошки MgO) і ошпарити їх по периметру, то в процесі заливки можна отримати одночасно дві біметалевих заготовки, які перед прокаткою легко розділяються при обрізанні кромки. Цей метод дозволяє зменшити нерівномірність пошаровим деформації, а також удвічі збільшити продуктивність процесу.

Малюнок 2 Отримання заготовки способом заливки пластини, встановленої в центрі виливниці

1-Виливниці; 2-плакіруемий лист; 3 простір для заливки плакуючого металу.

Існує спосіб отримання циліндричних трубних заготовок для подальшого пресування і прокатки способом відцентрового лиття. В цьому випадку послідовно заливають шари металів, що складають багатошарову заготівлю. Відцентрову виливок застосовують в основному при виготовленні заготовок з важких і рідкісних кольорових металів в поєднанні зі сталями різних марок. При відцентровому литті струмінь розплавленого металу подається всередину горизонтальної виливниці, що обертається із заданою швидкістю. Після початку кристалізації шару одного металу в изложницу заливається другий і т.д. в якості одного з шарів може служити трубна заготовка, на внутрішню поверхню якої відцентровим литтям наносять шар сплаву. Одним з недоліків способу є складність отримання точної товщини шарів.

З'єднання металів в рідкому стані сміє обмежене застосування і його здійснюють лише в тому випадку, якщо температури плавлення металів близькі один до одного.

Для отримання плоских багатошарових злитків для прокатки шари металу заливають у горизонтальну изложницу в будь-якій послідовності. Після початку кристалізації першої складової заготовки заливають другий шар металу. В результаті взаємної дифузії виходить багатошаровий зливок.

Методи виливки біметалевих заготовок не можуть дати бажаних результатів, якщо при з'єднанні двох металів на кордоні будуть виникати легкоплавкіевтектики або тендітні інтерметаллідним з'єднання. Метод заливки можна застосують, якщо температура плавлення плакуючого металу значно нижче, ніж у основного.

Товщина плакуючого шару повинна бути не нижче 2,5-5% від товщини заготовки; інакше не відбудеться заповнення плакируючим металом вузької щілини між виливниці і основним металом.

Зварювання вибухом дозволяє виробляти плакірованіе як плоских так і циліндричних поверхонь.

Схема зварювання плоских поверхонь представлена ​​на малюнку 3.

Малюнок 3. Схема зварювання плоских поверхонь

На тверду основу 5 встановлюють одну з зварювальних пластин 4, другу пластину 3 поміщають над першою на відстані h від її поверхні. На всю поверхню пластини 3 укладають заряд 2 вибухової речовини (надалі ВВ) шаром однакової товщини Н. заряд підривають за допомогою детонатора 1, що знаходиться в одному з кінців або кутів пластини 3, в якості ВВ використовують гранульовані амоніти і грануліти, що мають щільність близько 1 , 0 г / см3 і швидкість детонації D близько 3-4 тис. метрів в секунду. Заряди ВВ підривають за допомогою електродетонаторів.

Після ініціювання заряду ВВ детонатором 1 уздовж шару ВВ поширюється детонаційна хвиля. Позаду фронту детонаційної хвилі утворюються продукти вибуху, які протягом короткого проміжку часу за інерцією зберігають колишній обсяг, перебуваючи під тиском 100-200 тис. Атмосфер, а потім зі швидкістю 05-075 D розлітаються в сторони по нормалям до вільних поверхонь заряду. При цьому вони повідомляють знаходиться за фронтом детонації ділянці металу імпульс, під дією якого його елементарні обсяги послідовно з прискоренням рухаються до поверхні нерухомої частини металу і зі швидкістю # 957; соудоряются з нею.

При встановленому процесі зварювання метану пластина на деякій довжині двічі перегинається і, якщо сполучаються поверхні перед зварюванням були встановлені паралельно відносно один одного, її похила ділянка зі швидкістю # 957; до, рівній D рухається за фронтом детонаційної хвилі, а ділянку, на якому на якому знаходиться непродетонірованная частина заряду вибухової речовини, під дією сил інерції залишається в початковому стані (рис.4) зіткнення зварюються, що відбувається під деяким кутом # 947 ;, викликає сильний тиск в десятки тисяч атмосфер.

Малюнок 4.Схема усталеного процесу зіткнення

У місцях дотику пластин з'являється тангенціальна складова швидкості зіткнення в напрямку руху фронту детонаційної хвилі, внаслідок цього відбувається спільне деформування поверхневих шарів зварювальних листів. Таке деформування має характер в'язкої течії і сприяє тісного зближення зварювальних поверхонь.

Профіль деформованої зони металів утворюється зварному з'єднанні, зазвичай має хвилеподібний вигляд (рис.5) окисні плівки та інші поверхневі забруднення дробляться і розосереджуються з шарами деформується металу і частково несуться у вигляді тонкого пилу під дією кумулятивного ефекту.

Малюнок 5. Мікрофотографія поверхонь зварювання латуні (зверху), міді (в середині) і стали (внизу)

Дослідження показали, що при зварюванні вибухом відсутня зона, що складається з суміші металів, що сполучаються. При зварюванні вибухом відбувається утворення металевих зв'язків з дислокаційної механізму. Активація процесу утворення металевих зв'язків пов'язана з інтенсивністю спільної пластичної деформації поверхневих шарів металу, що зварюється, яка визначається швидкістю поширення пластичної деформації, і її величиною, а також величиною тиску, що розвивається в зоні зіткнення.

Крім плакирования пластин зварювання вибухом дозволяє плакованих Стрижнів і труб, внутрішніх поверхонь циліндрів. При плакуванням стрижнів трубу1 (рисунок 6, а) встановлюють з зазором на стрижень 2.

Малюнок 6-Схема плакирования вибухом стержня (а) і внутрішньої поверхні труби (б)

Внутрішню поверхню труби і зовнішню поверхню стрижня механічно обробляють і знежирюють. На зовнішню поверхню труби поміщають заряд ВВ 3, ініціювання якого роблять по всьому перетину одночасно так, щоб вибух розподілився по заряду нормально його осі. Для створення такого фронту використовують конус з ВВ з детонатором 4 в його вершині. Для ізоляції зазору від продуктів детонації і центрування труби щодо стрижня у верхній його частині встановлюють конус 5. У разі плакирования трубних заготовок в середину їх встановлюється стрижень 2. Товщина труби, яка плакируют, може бути від 0,5 до 15 мм, а діаметр теоретично не обмежується.

При плакуванням внутрішніх поверхонь використовується схема зображена на малюнку 6, б. Вона передбачає розміщення плакіруемой труби в середині масивної матриці 2. У середину труби 1 з зазором встановлюється плакіровочная труба 3 з зарядом ВВ.

При внутрішньому плакуванням великогабаритних труб і циліндричних виробів відповідального призначення місце масивної матриці використовують додатковий заряд, розміщений на зовнішній стороні плакіруемого циліндра, який вибухає одночасно з внутрішнім зарядом.

1. В.К.Король, М.С.Гільденгорн «основи, технології виробництва багатошарових металів» видавництво «Металургія», 1970, 236с.

2. Г.А.Ніколаев, Н.А.Ольшанскій «Спеціальні методи зварювання» изд. Київ «Машинобудування», 1975, 232с. З мул.