Fremstilling af metaller: 4 Teknikker

Denne artikel sætter lys på de fire bedste teknikker, der anvendes til fremstilling af metaller. Teknikkerne er: 1. Støbning 2. Formering 3. Maskinering 4. Svejsning.

Teknik # 1. Casting:

Støbning er måske den ældste kendte metode til at give former til metaller og legeringer. Når det er fundet passende, er det den korteste vej fra malmen til slutproduktet og normalt den mest økonomiske. Selv om disse teknikker er blevet udviklet til at kaste næsten alle metaller og deres legeringer, er der stadig visse specifikke materialer, der har meget overlegne støbegenskaber, for eksempel gråstøbt jern.

Støbevnen af ​​et materiale afhænger af en række faktorer, nemlig fluiditet, krympning, porøsitet, stress og adskillelsesegenskaber. Støbningsevneindekset for et materiale er højt, hvis det har høj fluiditet, lav krympning, lav affinitet til absorption af gasser, lave spændinger og ensartet styrke.

Disse karakteristika forekommer hovedsageligt i rene metaller og eutektik, som i det mindste teoretisk har et bestemt smeltepunkt. Imidlertid har rene metaller normalt lav styrke, derfor er der hovedsageligt legeringer til de fleste af de faktiske applikationer. Valget falder således naturligvis på eutektik og nær-eutektiske legeringer.

Støbegods kan grupperes i to hovedkategorier, nemlig gødder og formstøbninger. Af de samlede materialer er næsten 75% i form af ingots. Men vores største bekymring i den nuværende diskussion er formede støbegods.

Støbegods må veje fra et par gram til mange tons. Måske var den tyngste genstand, der nogensinde blev fremstillet ved støbning, bronze statuen af ​​Clossus of Rhodes, som er inkluderet i verdens syv vidundere. Imidlertid undgår man undvigelsen af ​​den nuværende dag kraftige støbeformer ofte maskinstrukturer, flyhjul og basisplader til turbiner mv.

Støbegods er som regel gode i trykstyrke, men har dårlig forlængelse og lav trækstyrke. De materialer, der anses for exceptionelt gode til støbning, omfatter bortset fra støbejern legeringerne af kobber, aluminium, zinknikkel og magnesium.

Nogle af de typiske støbegods omfatter følgende:

Remskiver, flyhjul, motorblokke, maskinværktøjsbed, gearblanker, turbineblade, støbejernsrør mv.

Teknik # 2. Formering:

Efter støbning fulgte dannelsesprocessen, hvori metallerne og deres legeringer gives ønskede former ved påføring af tryk enten ved pludselig påvirkning som i tilfælde af hammerblæser eller ved langsom knådende virkning som i hydrauliske presser. Mekanisk bearbejdning af et metal under dets omkrystallisationstemperatur kaldes 'Koldt Arbejde', og det, der opnås over denne temperatur, kaldes 'Hot Working'. Både varm og kold arbejde (eller formning) praktiseres meget i branchen.

De fleste materialer kan formes eller smedet, men som regel er de materialer, der er bedst egnet til støbning, dårlige formningsegenskaber. Generelt er de materialer, som er bedst egnede til dannelse, dem, der har en lang svampet rækkevidde under størkning, for eksempel faste opløsningslegeringer.

Mange legeringsegenskaber påvirkes af typen af ​​faste opløsninger, fx styrke og hårdhed stiger med mængden af ​​opløst stof, mens duktiliteten og elektrisk ledningsevne sænkes. Formeringskvalitet af et materiale benævnes sædvanligvis formbarhed til plademateriale og smidighed for tykkere sektioner og er forbundet med duktiliteten af ​​materialet. De processer, som kan indgå i dannelsen, er de arkdannende metoder som bøjning, dyb tegning, ekstrudering, HERF (dannelse af høj energihastighed), spinding, rullebøjning, strækdannelse; mens smedning kan omfatte forstyrrende, kolde overskridelser, roterende swaging, coining osv.

Formuleringsprøvning udføres almindeligvis ved Erichsen cupping test, hvor arkmaterialet strækkes til krakning. Forfalskningen på den anden side er et metals evne til at deformeres under smedningsbetingelser uden revner. En af de bedste smidighedsprøvninger er skævhedstesten, udtrykt som forholdet mellem maksimal opprørdiameter, der kan opnås til den oprindelige stangdiameter. For koldt overskrift betegnes dette forhold sædvanligvis som overskriftsgrænse.

Forge-evne Index, F = D _m / D _i

Hvor, D _i = Indledende stangdiameter

D _m = Maksimal diameter, der kan opnås ved forstyrrelse uden revner.

Materialer til smedning:

Materialerne forekommer sædvanligvis at forekomme i tre typer enhedsceller, f.eks. BCC (kropscentreret kubisk), FCC (ansigtscentret kubisk) og HCP (hexagonal tæt pakket) som vist i figur 1.2 sammen med en del af brønden kendte metaller under disse tre kategorier af cellestrukturer.

De ansigtscentrerede kubiske metaller har generelt den bedste duktilitet. De er normalt også den mest tilgivelige. De sekskantede tætte metaller er mindst tilgivelige ved stuetemperatur, men de fleste af dem kan være smidede. Hvis et metal kan være dybt tegnet i arkform, kan det være forkølet eller forkølet i barform, og det er tilfældet for alle metaller. Frie bearbejdningsklasser af metaller har begrænset smidighed.

Det bedste. Hylder til smedning, koldt eller varmt, er de fleste aluminium- og kobberlegeringer, herunder de relativt rene metaller. Kulstofstål med 0, 25% kulstof eller mindre er virkelig smedet eller koldhovedet. Stål med højt kulstof og højlegering er næsten altid smurt. Magnesium er HCP har lille duktilitet ved stuetemperatur, men er let smurt.

Aluminiumlegeringer smedet mellem 385 ° C og 455 ° C eller ca. 40 ° C under temperaturen af ​​størkning. Aluminiumlegeringer danner ikke skala under varme smedeoperationer, dørets liv er således fremragende.

Kobber og messing med 30% eller mindre zink har fremragende smidighed i koldarbejdsoperationer. Høj zink messing kan være forkølet i begrænset omfang, men er fremragende hot smed legeringer. Magnesiumlegeringer smedet på presser ved temperatur over 400 ° C. Ved højere temperaturer skal magnesium være beskyttet mod oxidation eller antændelse ved en inert atmosfære af svovldioxid.

Forfalskning af forskellige metaller til tætning af smedning i faldende rækkefølge for nogle af de almindelige legeringer er som angivet i tabel 1.1:

På grund af knådningsaktionen ved smedning er komponenterne fremstillet ved smedning normalt den stærkeste og kræver den mindste tykkelse af materiale. Alle kritiske komponenter er derfor normalt smedet.

Nogle af de typiske eksempler på smedet komponenter omfatter følgende:

Krumtapaksler, forbindelsesstænger, trækkraft og løfte kroge, spiralfjedre, aksler, sømløse rør og rør, skallegemer, stænger, plader, sektioner, tandpasta rør etc.

Teknik # 3. Maskinering:

Det er processen at give den ønskede form til et givet materiale ved at fjerne det ekstra eller uønskede materiale ved at skære i form af chips. Skæreværktøjsmaterialet er nødvendigvis hårdere og stærkere end det materiale, der skal skæres. De almindeligt anvendte bearbejdningsprocesser drejer, fræsning, boring, formgivning, planlægning, rømming, kedeligt osv.

Selvom drejebænke og fræsemaskiner blev brugt i forbindelse med uret, selv i det femtende og sekstende århundrede, men de fleste af disse processer blev introduceret i højvolumenindustrien i deres nuværende form til fremstilling af dampmotor dele i slutningen af ​​det nittende århundrede, men er blevet gammel i det nuværende århundrede.

Næsten alle materialer kan bearbejdes, men ikke af samme lethed. Som regel er hårdere materialer med høj trækstyrke sværere at maskine. Også meget bløde materialer er besværlige at maskine, da beslaglæggelsen opstår mellem arbejdsmaterialet og værktøjet. Det kan således siges, at der er et specifikt hårdhedsområde over og under, som bearbejdningseffektiviteten falder.

For at sammenligne den nemme at skære materialerne gives machineringsindeks.

Maskinernes bearbejdelighed afhænger af de forskellige faktorer, og det er almindeligt at overveje fire af dem, nemlig:

(i) Værktøjsliv,

(ii) Skærekræfter,

(iii) Overfladebehandling, og

(iv) Strømforbrug.

Baseret på disse faktorer gives frie skærestål specificeret af AISI (American Institution of Steel and Iron) som B 1112 med følgende sammensætning og drejet 180 SFM (overfladefødder pr. Minut) eller 55 SMM (overflademålere pr. Minut) af 100.

C = 0-13% (maks.)

Mn = 0-9%

P = 0-1%

S = 0-2%

Jern = hvile

Der er udviklet en række formler til bestemmelse af maskinbearbejdningsindekset, og en sådan formel fremsat af Janitsky er som følger:

hvor,

c = en funktion af TS,

TS = trækstyrke,

YP = udbyttepunkt.

De materielle egenskaber, der påvirker maskinens evne til at omfatte, omfatter følgende:

1. Sammensætning af materiale:

Højlegeringsindhold og tilstedeværelsen af ​​hårde indeslutninger som Al ₂ O ₃ i stål og også kulstofindhold under 0, 30% eller over 0, 60% reducerer bearbejdeligheden, mens små mængder bly, mangan, svovl og fosfor forbedrer det.

2. Metalkonstruktion:

Ensartet mikrostruktur med små uforstyrrede korn forbedrer maskinens evne. Lamellarstruktur i lavt og medium kulstål og sfærisk struktur i kulstofstål resulterer også i bedre bearbejdelighed.

3. Arbejds- og varmebehandling:

Hot arbejde med hårde legeringer og kold arbejde af bløde legeringer resulterer i forbedret maskinbearbejdning.

Annealing, normalisering og temperering generelt forbedrer maskinbearbejdningen. Quenching reducerer normalt maskinbearbejdningen.

Maskineringsindekserne for nogle af de kendte materialer er angivet i tabel 1.2.

Nogle typiske eksempler på maskinbearbejdede komponenter omfatter vejeveje, ventilsæder, bilcylinderforbindelser, tandhjul, skruede spindler, maskindele, møtrikker og bolte mv.

Teknik # 4. Svejsning:

Svejsning, som det normalt forstås i dag, er forholdsvis nyt nyt blandt fremstillingsprocesserne, selvom smith smedning til metalbrikker blev praktiseret selv før Kristus. Selv om der er en række veletablerede svejseprocesser, men buesvejsning med belagte elektroder er stadig den mest populære svejseproces verden over.

Arc svejsning i sin nuværende form optrådte på industriområdet i 1880'erne. Selvom der er modstridende påstande om opfinderen af ​​denne proces, men meget ofte tilskrives den en russisk ved navn Slavianoff, der hævdes at have patenteret den i 1881. Badesvejsning blev imidlertid ikke accepteret til fremstilling af kritiske komponenter til omkring 1920, hvorved Tidbelægninger til elektroder var veludviklede.

Efterspørgslen efter storskala produktion af tunge genstande som skibe, trykbeholdere, brobygger og lignende gav dog den nødvendige impuls for svejsning til at blive gammel, og anden verdenskrig fastslog det som den vigtigste fabrikationsproces.

Svejsning, som er en proces til sammenføjning af to eller flere dele af materiale (er), giver dog en permanent sammenføjning, men påvirker normalt metallurgien af ​​komponenterne. Det følges derfor normalt af postsvetsvarmebehandling (PWHT) for de fleste kritiske komponenter.

De fleste materialer kan svejses af en proces eller den anden. Men nogle er lettere at svejses end andre. For at sammenligne denne lethed ved svejsning anvendes et udtryk "svejsevirkning" ofte. Materialets svejsebetingelse afhænger af forskellige faktorer som de metallurgiske ændringer, der opstår på grund af svejsning, ændringer i hårdhed i og omkring svejsningen, gasudvikling og absorption, oxidationsgrad og virkningen på sammenbruddet af leddet. Afhængigt af disse faktorer har almindelig lavt kulstofstål (C <0-12%) den bedste svejsebevægelse blandt metaller. Ofte har materialer med høj støbeevne sædvanligvis lav svejsningsevne.

Svejseprocesser, der anvendes i branchen, omfatter oxy-acetylen, manuel metalbue eller afskærmet metalbue (SMA), nedsænket bue (SA), gasmetalbue (GMA), gaswolframbue (GTA) svejsning, modstandssvejsning, termit svejsning og koldtrykssvejsning. De fleste af disse processer har særlige indflydelsesområder, som modstandssvejsning er populær hos bilindustrien, termit svejsning til sammenføjning af skinner på stedet. GM AW er særligt velegnet til svejsning af lavkulstofstålkonstruktioner som svejsning af rustfrit stål og aluminium. GTAW er mere populær inden for luftfart og nuklear industri, SAW til skibsbygning, Koldtrykssvejsning af fødevareindustrien og lignende. Imidlertid er SMAW- eller stavelektrodesvejsning og oxy-acetylensvejsningsprocesser de generelle formålsprocesser med en lang række anvendelser.

Nogle af de typiske anvendelser af svejsning omfatter fremstilling af skibe, trykbeholdere, billegemer, offshore-platforme, broer, svejsede rør, forsegling af nukleart brændsel og sprængstoffer mv.