Тема 14. Термообработка металла

Во время выполнения слесарных работ иногда приходиться сталкиваться с необходимостью повысить прочность и твёрдость металла или инструмента, а иногда, наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся обработке. Этого можно достичь термическим воздействием, заключающимся в нагреве материала до определённой температуры с последующим быстрым или медленным охлаждением.

Нагревание деталей удобнее всего производить в электрических муфельных печах; но можно использовать и паяльные лампы, бензиновые или газовые горелки и даже конфорки домашних газовых плит - для нагрева мелких деталей.

Важнейшим условием правильной термообработки сталей является подбор необходимого температурного режима в зависимости от марки стали.

Маркировка, углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются двумя буквами и цифрой (Ст.1-Ст.2).

В марках углеродистых качественных сталей - конструкционных (сталь 30; сталь 45) и автоматных сталях (А 12; А 30) цифры показывают примерное содержание углерода в сотых долях процента.

Наиболее широко применяемые стали - инструментальные (У7; У8; У8А; У10А...) - цифра в их маркировке означает содержание углерода в десятых долях процента; буква А в конце марки показывает, что в этих сталях пониженное содержание вредных примесей.

Легированные стали маркируются буквами и цифрами. Буквы означают наличие в стали одного или целой группы легирующих компонентов: В - вольфрам; Г - марганец; К - кобальт; М - молибден; Н - никель; С - кремний; Ф - ванадий; X - хром; Ю - алюминий.

Наиболее ходовые марки сталей для изготовления инструмента приведены в таблице 1.

Инструмент Марка стали

 

Молотки, кувалды, гладилки, плотницкий инструмент	У7
Зубила, отвёртки, топоры, клейма для сталей	У7А
Пуансоны, матрицы, пробойники, стамески	У8; У8А
Ножовочные полотна ручные	У8 - У12
Надфили	У10 - У12
Керны, деревообрабатывающий инструмент	У10; У10А
Резцы токарные и строгальные	У10; У10А
Напильники	У10 - У13; ШХ6
Метчики	У11; Р9; 9ХС
Резцы для твёрдых металлов	У13; У13А
Ножовки по дереву	У8ГА
Пилы поперечные	У8ГА; У10
Полотна лучковых пил	У8ГА; 85ХФ
Свёрла по металлу	Р9; Р18
Фрезы	Р9; Р18,С

 

Ножовочные полотна станочные Плашки Ножи фуговальных станков Пилы лесопильных рам Пилы циркулярные

Р9; Р18; ШХ15 9ХС 9Х5ВФ 85ХВ 85ХФ

Термическая обработка стали разделяется на закаливание, отпуск, отжиг. Закаливание стали применяют для повышения её твёрдости. Мягкие малоуглеродистые стали (Ст.25) и “железо“ (Ст.10; Ст.20) не калятся; углеродистые (Ст.45; Ст.50) и инструментальные (У8; У9; У10А и др.) увеличивают свою твёрдость при закале в три-четыре раза.

Процесс закаливания состоит в нагревании стали до температуры калки (для каждой марки своя) и в быстром охлаждении в масле или воде. Температурные режимы закалки приведены в таблице 2.

Марка	Закалка С0	Отпуск С0	Отжиг С0	Охлаждающая среда для закалки	Охлаждающая средя для отпуска
У7; У7А У8; У8А У10; У10А У11; У11А У12; У12А У13; У13А У8ГА Р9 Р18 ШХ6 ШХ9 IHX15 9ХС 9Х5ВФ 50ХГА 60С2 60С2Х А 85С2ВА 85ХВ				Вода Вода Вода Вода Вода Вода Вода Масло Масло Масло Масло Масло Масло Масло Вода Вода Вода Вода Вода	Вода, масло Вода, масло Вода, масло Вода, масло Вода, масло Вода, масло Вода, масло Воздух в печи Воздух в печи Воздух Воздух Воздух Воздух Воздух Воздух Воздух Воздух Воздух Воздух

 

В домашних условиях, при отсутствии приборов температуру нагрева приближённо можно определить по цвету. Для ориентации цвета каления стальных изделий в неосвещенной солнцем комнате приведены по порядку их появления в зависимости от температуры:

- тёмно-коричневый (заметен в темноте) 530-580°С;

- коричнево-красный 580-650°С;

- темно-красный 650-730°С;

- вишнёво-красный 730-770°С;

- вишнёво-алый 770-800°С;

- светло- вишнёво-алый 800-830⁰С;

- ярко-красный 830-870°С;

- красный 870-900°С;

- оранжевый 900-1050°С;

- тёмно-жёлтый 1050-1150 °С;

- светло -жёлтый 1150- 1250 °С;

- жёлто-белый 1250-1300 °С;

- ослепительно-белый свыше 1300 °С.

В закалённом состоянии сталь обладает большой твёрдостью. но вместе с тем и хрупкостью. Чтобы придать ей вязкость, производиться отпуск стали после закалки. Для этого её нагревают до температуры 220-300 °С и медленно охлаждают в воздухе. Меняя температуру отпуска, можно получить разные механические свойства. При нагреве стали, на воздухе, её поверхность окрашивается в различные цвета, называемыми цветами побежалости. Каждый цвет побежалости соответствует вполне определённой температуре и может служить указателем для определения степени нагрева при отпуске стали.

Термические режимы и соответствующие им цвета побежалости приведены в таблице 3.

Инструмент	Температура отпуска, °	Цвет побежалости
Свёрла перовые, плашки, матрицы и пуассоны, фрезы Резцы, метчики, полотна ножовок, лобзики, центры Кусачки, стамески, ножницы по металлу, зубила Молотки слесарные и медницкие Матрицы и пуансоны вытяжные Ролики для накаток Перки столярные, железки рубаночные, отверти, обжимки Долота столярные, ножи, призмы разметочные, державки резцов Ключи гаечные, пассатижы, плоскогубцы, круглогубцы Полотна пил по дереву		Светло-соломенный   Светло-жёлтый   Соломенно-желтый   Коричнево-желтый   Красно-коричневый   Пурпурно-красный   Фиолетовый   Ярко-синий     Светло-синий   серый

Отпуск выполняется следующим образом: стальную деталь зачищают каком-нибудь месте до блеска, помещают в огонь и следят за появлением цветов побежалости. Отпуск закалённой детали должен быть проведён 24 часов после её закалки.

Отжиг стали – предназначен для выполнения задачи обратной закалки. После отжига сталь легко поддаётся обработке

Тема 15. Паяние

Паяние – этопроцессжесткого соединения нескольких металлических деталей с помощью оловянно-свинцовыхсплавов.

Паяние припоями применяется главным образом для создания герметического шва или соединения деталей, где не требуется большой механической прочности, а также при монтаже электро- и радиотехнических установок.

Последовательность выполнения приемов паяния мягкими припоями:

1. Отчищают поверхность изделия от грязи коррозии напильником или надфилем до чистоты металлического блеска. Наждачную шкурку применять нельзя, так как содержащийся в ней клей загрязняет поверхность для пайки;

2. Подгоняют спаиваемые поверхности для плотного их соединения с помощью гибки, правки и опиливания;

3. Наносят флюс в жидком виде волосяной кисточкой, распределяя его на подготавливаемой к паянию поверхности тонким слоем.

Наносить в большом количестве флюс (травленая кислота) не следует, так как при соприкосновении с горячим паяльником он разбрызгивается.

Твердый флюс (канифоль) наносят на поверхность после предварительного нагрева места паяния паяльником путем растирания с одновременным его плавлением

Припой приготавливают в следующем порядке:

1. Тигель или стальной ковш очищают от грязи и коррозии, прочно устанавливают на подставку под основанием горна, оборудованного вытяжным зонтом.

2. Нагревая ковш, испаряют влагу, затем закладывают и расплавляют более тугоплавкий металл (свинец). После этого расплавленный свинец вводят по весу небольшими порциями олово до полного рас плавления.

3. Для предохранения расплавленного сплава от выгорания и окисления во время плавления на его поверхность насыпают древесный уголь. Для получения однородной массы сплав перемешивают

4. Когда припой полностью расплавлен, с его поверхности удаляют шлак и разливают в формы.

При разливке в качестве формы обычно используют угловую сталь с чистой сухой поверхностью. Припой разливают прутками небольшого сечения длиной от 300 до 500 мм. Во избежание ожогов брызгами расплавленного сплава разливка производится в защитных очках и рукавицах.

Выбор флюса.

Флюс - вещество, которое вводится на поверхность металлов, подвергающихся паянию для удаления окислов и грязи, лучшего растекания припоя, для предохранения от дополнительного окисления во время паяния.

Паяние мягкими припоями подразделяется на два вида: кислотное и безкислотное.

При паянии применяют следующие флюсы:

•для паяния и лужения латуни, меди, стали - хлористый цинк (травленая кислота);

•при безкислотном паянии применяют канифоль и паяльный жир.

При паянии твердыми припоями в качестве флюса применяют борнокислый натрий или борную кислоту.

Все перечисленные флюсы, за исключением хлористого цинка, поступают в готовом для применения виде. Хлористый цинк приготовляется из технической соляной кислоты и чистого металлического цинка в определенной пропорции.

Последовательность приготовления хлористого цинка:

1. В чистую, удобную для работы фарфоровую или стеклянную посуду наливается соляная кислота (Работа производится в защитных очках и резиновых перчатках)

2. Изрубленный на мелкие кусочки цинк осторожно опускается в кислоту. Эта работа выполняется под вытяжным зонтом с хорошей вентиляцией, так как при травлении цинка кислотой образуется химическая реакция с выделением вредных газов.

3. После окончания химического процесса флюс считается подготовленным.

Подготовка и нагрев паяльника.

Применяют два вида паяльников - обычные и электрические.

Стержень паяльника всегда изготавливается из красной меди, обладающей большой теплопроводностью для передачи тепла на деталь, подлежащую паянию, с подогревом её поверхности до температуры плавления припоя.

Рабочая часть паяльника должна быть всегда чистой и иметь слегка притуплённую вершину без заусенцев. Заправка рабочей части производится плоским личным напильником.

Обычный паяльник нагревают на газовой горелке, паяльной лампе, в кузнечном горне, в муфельной печи. При нагревании паяльник располагают к пламени толстой частью. Это положение способствует лучшему аккумулированию тепла массой паяльника и устраняет поджог рабочей части.

Степень нагрева паяльника определяют по бледно-зелёному пламени, отходящему от паяльника. Если паяльник нагрет докрасна, то его надо снять, немного охладить и отчистить рабочую часть паяльника от окалины напильником.

Самой совершенной конструкцией являются электропаяльники, которые во время работы поддерживают постоянную температуру нагрева.

 

Лужение рабочей части паяльника:

1. Нагретый паяльник рабочей частью на мгновение погружают в сосуд с хлористым цинком для очистки его от окислов и окалины.

2. Очищенную рабочую часть вводят в соприкосновение с концом прутка припоя, забирая на жало паяльника две-три капли расплавленного припоя.

 

 

 

 

Список литературы

1. Карпицкий В. Р. Общий курс слесарного дела: Учебное пособие / В. Р. Карпицкий. - 2-e изд. - М.: НИЦ Инфра-М; Минск: Новое знание, 2013. - 400 с. – URL: http://znanium.com/bookread.php?book=374002

2. Долгих А. И. Слесарные работы: Учебное пособие / А. И. Долгих, С. В. Фокин, О. Н. Шпортько. - М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 528 с. – URL: http://znanium.com/bookread.php?book=424191

3. Борисенко Г. А. Технология конструкционных материалов. Обработка резанием: Учебное пособие / Г. А. Борисенко, Г. Н. Иванов, Р. Р. Сейфулин. - М.: ИНФРА-М, 2012. - 142 с. – URL: http://znanium.com/bookread.php?book=228232

4. Кудряшов Е. А. Резание материалов: Учебное пособие / Е. А. Кудряшов, Н. Я. Смольников, Е. И. Яцун. - М.: Альфа-М: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 224 с. – URL: http://znanium.com/bookread.php?book=450188