Tillverkningsprocess av metaller: 4 Tekniker

Denna artikel lyfter fram de fyra bästa teknikerna som används vid tillverkning av metaller. Teknikerna är: 1. Gjutning 2. Forming 3. Bearbetning 4. Svetsning.

Teknik # 1. Casting:

Gjutning är kanske den äldsta kända metoden att ge former till metaller och legeringar. När det är lämpligt är det den kortaste vägen från malmen till slutprodukten och vanligtvis den mest ekonomiska. Även om dessa dagar har tekniker utvecklats för att gjuta nästan alla metaller och deras legeringar men det finns fortfarande vissa specifika material som har mycket bättre gjutegenskaper, till exempel grågjutjärn.

Strålningsförmågan hos ett material beror på ett antal faktorer, dvs fluiditet, krympning, porositet, stress och segregeringsegenskaper. Materialets gjutningsindex är högt om det har hög fluiditet, låg krympning, låg affinitet för att absorbera gaser, låga spänningar och jämn styrka.

Dessa egenskaper förekommer huvudsakligen i rena metaller och eutektika som åtminstone teoretiskt har en bestämd smältpunkt. Rena metaller har emellertid vanligen låg styrka, därför är det främst legeringar som gjutas för de flesta av de aktuella applikationerna. Valet faller således självklart på eutektik och nära eutektiska legeringar.

Gjutningar kan grupperas i två huvudkategorier, nämligen ingots och formgjutna gjutstycken. Av det totala materialet gjutna är nästan 75% i form av ingots. Vår huvudsakliga oro i den aktuella diskussionen är emellertid formade gjutningar.

Gjutningar kan väga från några gram till många ton. Kanske var det tyngsta objektet som någonsin gjordes av gjutning bronsstatyn av Clossus of Rhodes som ingår i världens sju underverk. Emellertid lämnar man undviker det förundran som idag består av tunga gjutstycken, ofta maskinkonstruktioner, svänghjul och basplattor för turbiner, etc.

Gjutningar är som regel bra i tryckhållfasthet men har dålig töjning och låg draghållfasthet. De material som anses vara exceptionellt bra för gjutning innefattar, förutom gjutjärn, legeringarna av koppar, aluminium, zinknickel och magnesium.

Några av de typiska gjutningarna inkluderar följande:

Remskivor, svänghjul, motorblock, verktygsmaskinerbäddar, växellådor, turbinblad, gjutjärn, etc.

Teknik # 2. Forming:

Efter gjutning följdes formningsprocessen i vilken metallerna och deras legeringar ges önskvärda former genom applicering av tryck, antingen genom plötslig påverkan som i fallet med hammerslag eller genom långsam knådningsverkan som i hydrauliska pressar. Mekanisk bearbetning av en metall under dess omkristallisationstemperatur kallas kallt arbete och det som uppnås ovanför denna temperatur kallas "Hot Working". Både varm och kall bearbetning (eller formning) övas i stor utsträckning i branschen.

De flesta materialen kan formas eller smiddas men som vanligtvis har de material som är bäst lämpade för gjutning dåliga formningsegenskaper. I allmänhet är de material som är bäst lämpade för formning de som har ett långt, mjukt område under stelning till exempel fasta lösningslegeringar.

Många legeringsegenskaper påverkas av egenskaperna hos fasta lösningar, t.ex. ökar styrkan och hårdheten med den mängd lösningsmedel som är närvarande medan duktiliteten och den elektriska ledningsförmågan sänks. Kvaliteten hos ett material benämns vanligtvis formbarhet för plåtmaterial och smidighet för tjockare sektioner och är förknippad med materialets duktilitet. Processerna som kan ingå i formningen är de arkbildande metoderna som böjning, djupdragning, extrudering, HERF (hög energiförbrukning), spinning, rullböjning, sträckningsformning; medan smide kan innefatta störningar, kallkoppling, rotationsbyte, mynning, etc.

Formbarbarhetstestning görs vanligtvis genom Erichsen cupping-test där arkmaterialet sträcker sig till sprickbildning. Förfalskningen å andra sidan är förmågan hos en metall att deformeras under smältningsbetingelser utan sprickbildning. En av de bästa smidighetstesterna är uppstötningstestet, uttryckt som förhållandet mellan maximal upprörd diameter som kan erhållas till den ursprungliga bardiametern. För kall kurs är detta förhållande vanligen kallat rubrikgräns.

Förklaringsindex, F = D m / D i

Var, D i = Initial stångdiameter

D m = Maximal diameter som kan erhållas genom störningar utan sprickbildning.

Material för smide:

Materialen är vanligtvis förekommande i tre typer av enhetsceller, nämligen BCC (kroppscentrerad kubik), FCC (ansiktscentrerad kubik) och HCP (hexagonal nära packad) som visas i figur 1.2 tillsammans med en del brunn kända metaller under dessa tre kategorier av cellstrukturer.

De ansiktscentrerade kubiska metallerna har i allmänhet den bästa duktiliteten. De brukar också vara de mest förlåtbara. De hexagonala tätförpackade metallerna är minst smidiga vid rumstemperatur, men de flesta kan smältas smidigt. Om en metall kan dras djupt i arkform kan det vara kallt smidd eller kallt huvud i barform, och det är så för alla metaller. Fritt bearbetningsklasser av metaller har begränsad förmåga att förlora.

De bästa .Höjor för smide, kalla eller heta, är de flesta aluminium- och kopparlegeringar, inklusive de relativt rena metallerna. Kolstål med 0, 25% kol eller mindre är riktigt het smidd eller kallhårig. Högkolv och höglegerade stål är nästan alltid smidiga. Magnesium som HCP har liten duktilitet vid rumstemperatur men är lätt smält.

Aluminiumlegeringar smiddas mellan 385 ° C och 455 ° C eller cirka 40 ° C under temperaturen för stelningen. Aluminiumlegeringar bildar inte skalan vid heta smidesoperationer, då är livslängden utmärkt.

Koppar och mässing med 30% eller mindre zink har utmärkt smidighet vid kall arbeten. Höga zinkmässor kan förkylas i begränsad utsträckning men är utmärkta smältlegeringar. Magnesiumlegeringar smides på pressar vid temperatur över 400 ° C. Vid högre temperaturer måste magnesium skyddas mot oxidation eller tändning med en inert atmosfär av svaveldioxid.

Förfalskningsegenskaperna hos olika metaller för smältning av snedsteg, i fallande ordning, för vissa av de vanliga legeringarna är som angivna i tabell 1.1:

På grund av knådningsverkan vid smide är komponenterna som framställs genom smide normalt starkast och kräver minst materialtjocklek. Alla kritiska komponenter är därför normalt smidda.

Några av de typiska exemplen på smidda komponenter innefattar följande:

Vevaxlar, anslutningsstänger, drag- och lyftkrokar, spiralfjädrar, axlar, sömlösa rör och rör, skalkroppar, stänger, plattor, sektioner, tandpasta-rör etc.

Teknik # 3. Bearbetning:

Det är processen att ge önskad form till ett visst material genom att avlägsna det extra eller oönskade materialet genom att skära i form av chips. Skärverktyget material är nödvändigtvis hårdare och starkare än det material som ska skäras. De bearbetningsprocesser som vanligen används är vridning, fräsning, borrning, formning, planering, rening, tråkig etc.

Trävaror och fräsmaskiner användes dock i samband med klockan till och med i femtonde och sextonde århundraden men de flesta av dessa processer introducerades i högvolymindustrin i sina nuvarande former för att göra ångmotordelar på slutet av nittonde århundradet men har kommit i åldern i det nuvarande århundradet.

Nästan alla material kan bearbetas men inte av samma lätthet. Som regel är hårdare material med hög draghållfasthet svårare att bearbeta. Också mycket mjuka material är besvärliga att maskinera eftersom beslag uppstår mellan arbetsmaterialet och verktyget. Således kan man säga att det finns ett specifikt hårdhetsområde över och under vilket bearbetningsverkningsgraden minskar.

För att jämföra lättheten att skära materialet ges maskinbearbetningsindex.

Maskinbearbetning av ett material beror på de olika faktorerna och det är vanligt att överväga fyra av dem, nämligen:

(i) Verktygsliv,

(ii) Skärkrafter,

(iii) Ytbehandling, och

(iv) Strömförbrukning.

Baserat på dessa faktorer ges fritt skärstål som specificerats av AISI (American Institution of Steel and Iron) som B 1112 med följande sammansättning och vänd vid 180 SFM (ytfot per minut) eller 55 SMM (ytmätare per minut) ges maskinbearbetningsindex av 100.

C = 0-13% (max)

Mn = 0-9%

P = 0-1%

S = 0-2%

Järn = vila

Ett antal formler har utvecklats för att bestämma maskinbearbetningsindexet och en sådan formel framlagt av Janitsky är som följer:

var,

c = en funktion av TS,

TS = draghållfasthet,

YP = utbyte punkt.

Materialegenskaperna som påverkar bearbetningen hos en metall innefattar följande:

1. Materialkomposition:

Hög legeringsinnehåll och närvaron av hårda inneslutningar som Al 2 O 3 i stål och även kolhalten under 0, 30% eller över 0, 60% minskar maskinbearbetningen medan små mängder bly, mangan, svavel och fosfor förbättrar det.

2. Metallstruktur:

Uniform mikrostruktur med små ostörda korn förbättrar maskinbarheten. Lamellarkonstruktion i låga och medelstora kolstål och sfäroidstruktur i kolväten ger också bättre bearbetbarhet.

3. Arbets- och värmebehandling:

Varm bearbetning av hårda legeringar och kall bearbetning av mjuka legeringar resulterar i förbättrad bearbetning.

Annealing, normalisering och temperering, i allmänhet, förbättrar maskinbearbetningen. Quenching reducerar normalt maskinbearbetningen.

Maskinbarhetsindex för några av de välkända materialen anges i tabell 1.2.

Några typiska exempel på bearbetade komponenter inkluderar vee-vägar, ventilsäten, bilcylindrar, växeltänder, skruvspindlar, maskindelar, muttrar och bultar etc.

Teknik # 4. Svetsning:

Svetsning som det normalt förstås idag är jämförelsevis en ny komma bland tillverkningsförfarandena, trots att smith smides till metallbitar, praktiserades även före Kristus. Även om det finns ett antal väl etablerade svetsprocesser, men bågsvetsning med belagda elektroder är fortfarande den mest populära svetsprocessen världen över.

Arc svetsning i sin nuvarande form verkade på industriområdet i 1880-talet. Trots att det finns motstridiga påståenden om uppfinnaren av denna process men det är ofta en ryska som heter Slavianoff, som hävdas ha patenterat den 1881. Bågsvetsning accepterades emellertid inte för tillverkning av kritiska komponenter till omkring 1920, varigenom Tidskikt för elektroder hade varit välutvecklad.

Efterfrågan på storskalig produktion av tunga föremål som fartyg, tryckkärl, byggande av broar och liknande gav den nödvändiga drivkraften för svetsning att bli äldre och andra världskriget etablerade det som den huvudsakliga fabrikationsprocessen.

Svetsning, som är en process för att ansluta till två eller flera delar av material eller material, ger dock en permanent ledning men påverkar normalt metallurgin hos komponenterna. Därför följs det vanligtvis av värmebehandling av postsvetsning (PWHT) för de flesta kritiska komponenterna.

De flesta material kan svetsas med en process eller den andra. Men vissa är lättare att svetsa än andra. För att jämföra denna lätthet vid svetsning används ofta termen "svetsförmåga". Svetsförmågan hos ett material beror på olika faktorer som de metallurgiska förändringar som uppstår på grund av svetsning, hårdhetsförändringar i och runt svetsen, gasutveckling och absorption, oxidationsgrad och effekten på knäckningsutvecklingen hos leden. Beroende på dessa faktorer har enkla kolstål (C <0-12%) den bästa svetsförmågan bland metaller. Ofta har material med hög gjutförmåga vanligtvis låg svetsförmåga.

Svetsprocesser som används allmänt inom industrin inkluderar oxi-acetylen, manuell metallbåge eller skärmad metallbåge (SMA), nedsänkt båge (SA), gasmetallbåge (GMA), gaswolframbågs (GTA) svetsning, motståndssvetsning, termitsvetsning och kallpresssvetsning. De flesta av dessa processer har speciella inflytandefält som motståndssvetsning är populär hos bilindustrin, termitsvetsning för sammanfogning av skenor på plats. GM AW är speciellt lämpad för svetsning av stålkolvstålkonstruktioner som även svetsning av rostfritt stål och aluminium. GTAW är mer populär inom flyg- och kärnindustrin, SAW för skeppsbyggnad, Kalltrycksvetsning av livsmedelsindustrin och liknande. SMAW- eller stickelektrodesvetsning och oxi-acetylensvetsningsprocesser är emellertid de allmänna ändamålsprocesserna med ett brett användningsområde.

Några av de typiska tillämpningarna av svetsning innefattar tillverkning av fartyg, tryckkärl, bilkroppar, offshoreplattformar, broar, svetsade rör, tätning av kärnbränsle och sprängämnen etc.