Fremstilling Metaller: 4 Teknikker

Denne artikkelen kaster lys over de fire øverste teknikkene som brukes i fremstillingsprosessen av metaller. Teknikkene er: 1. Casting 2. Forming 3. Maskinering 4. Sveising.

Teknikk # 1. Casting:

Støping er kanskje den eldste kjente metoden for å gi former til metaller og legeringer. Når det passer seg, er det den korteste ruten fra malmen til sluttproduktet og vanligvis den mest økonomiske. Selv om det i dag er teknikker utviklet for å kaste nesten alle metaller og legeringer, men fremdeles er det visse spesifikke materialer som har meget overlegne støpeegenskaper, for eksempel grå støpejern.

Støtbarheten av et materiale avhenger av en rekke faktorer, nemlig fluiditet, krympe, porøsitet, stress og segregeringsegenskaper. Støpeevneindeksen til et materiale er høyt hvis det har høy fluiditet, lav krymping, lav affinitet for å absorbere gasser, lave spenninger og ensartet styrke.

Disse egenskapene er funnet å forekomme hovedsakelig i rene metaller og eutektikk som i det minste teoretisk har et bestemt smeltepunkt. Imidlertid har rene metaller vanligvis lav styrke, derfor er det hovedsakelig legeringer som støpes for de fleste av de aktuelle applikasjonene. Dermed faller valget åpenbart på eutektikk og nær-eutektisk legeringer.

Støpegods kan grupperes i to hovedkategorier, nemlig ingots og formede støpegods. Av de totale materialene som kastes, er nesten 75% i form av ingots. Men vår største bekymring i dagens diskusjon er formet støpegods.

Støpegods kan veie fra noen få gram til mange tonn. Kanskje var den tyngste gjenstanden som ble gjort av støping bronsestatuen av Clossus of Rhodes, som er inkludert i verdens syv underverker. Imidlertid, å legge bort miraket dagens tunge tunge støpsler inkluderer ofte maskinstrukturer, flyhjul og grunnplater for turbiner, etc.

Støpegods er som regel godt i trykkfasthet, men har dårlig forlengelse og lav strekkstyrke. Materialene som anses som spesielt gode for støping inkluderer, bortsett fra støpejern, legeringene av kobber, aluminium, sink nikkel og magnesium.

Noen av de typiske støpene inkluderer følgende:

Skivehjul, flyhjul, motorblokker, maskinverktøy senger, redskaper, turbinblader, støpejernsrør, etc.

Teknikk # 2. Forming:

Etter støping fulgte formingsprosessen hvor metaller og deres legeringer er gitt ønskede former ved påføring av trykk, enten ved plutselig påvirkning som ved hammerblås eller ved langsom knådende virkning som i hydrauliske presser. Mekanisk bearbeiding av et metall under omkrystalliseringstemperaturen kalles kaldt arbeid, og det som oppnås over denne temperaturen kalles 'Hot Working'. Både varmt og kaldt arbeid (eller forming) praktiseres mye i bransjen.

De fleste av materialene kan dannes eller smidde, men som regel er materialene som er best egnet til støping, dårlige formningsegenskaper. Generelt er materialene som er best egnet for dannelse de som har et langt, grøtaktig område under størkning for eksempel faste løsningslegeringer.

Mange legeringsegenskaper påvirkes av naturen av faste løsninger, for eksempel øker styrke og hardhet med mengden løsemiddel som er tilstede mens duktilitet og elektrisk ledningsevne senkes. Kvaliteten på et materiale kalles vanligvis formbarhet for arkmateriale og smidighet for tykkere seksjoner og er forbundet med duktilitet av materialet. Prosessene som kan inkluderes i forming er arkdannende metoder som bøyning, dyp tegning, ekstrudering, HERF (høy energihastighetsdannelse), spinning, rullbøyning, strekkdannelse; mens smiing kan inkludere forstyrrelser, kuldeposisjon, roterende swaging, coining etc.

Formuleringsprøving utføres vanligvis ved Erichsen cupping-test der arkmaterialet strekkes til sprekkdannelse. Forfalskningsevnen på den annen side er evnen til et metall å deformeres under smiingskondisjoner uten sprekkdannelse. En av de beste smidighetstestene er opprørstesten, uttrykt som forholdet med maksimal opprørt diameter som kan oppnås til den første bardiameteren. For kaldt overskrift er dette forholdet vanligvis referert til som overskriftsgrense.

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

Hvor, D _i = Initial stangdiameter

D _m = Maksimal diameter som kan oppnås ved oppmaling uten sprekking.

Materialer for smiing:

Materialene er vanligvis funnet å forekomme i tre typer enhetceller, f.eks. BCC (kroppssentrisk kubikk), FCC (ansikts-centrert kubikk) og HCP (sekskantet tett pakket) som vist i figur 1.2 sammen med noen av brønnen kjente metaller under disse tre kategoriene av cellestrukturer.

De ansikts-sentriske kubiske metaller har generelt den beste duktiliteten. De er vanligvis også den mest forgiselige. De sekskantede lukkede metaller, er minst tilgivelige ved romtemperatur, men de fleste av dem kan være smidige. Hvis et metall kan bli dypt trukket i arkform, kan det være kaldt smidd eller kaldt i barform, og det er så for alle metaller. Fritt maskineringsklasser av metaller har begrenset smidighet.

Den beste. Hoder for smiing, kald eller varm, er mest aluminium og kobberlegeringer, inkludert de relativt rene metallene. Kullstål med 0, 25% karbon eller mindre er veldig smurt eller kaldhodet. Høy karbon og høy legering stål er nesten alltid smurt. Magnesium som HCP har liten duktilitet ved romtemperatur, men er lett smurt.

Aluminiumlegeringer smidges mellom 385 ° C og 455 ° C eller ca. 40 ° C under temperaturen for størkning. Aluminium legeringer danner ikke målestokk under varme smioperasjoner, dørlivet er dermed utmerket.

Kobber og messing med 30% eller mindre sink har utmerket smidighet i kaldt arbeid. Høyt sink brasser kan i liten grad være kaldt smeltet, men er gode smøremiddel legeringer. Magnesiumlegeringer smidges på presser ved temperatur over 400 ° C. Ved høyere temperaturer må magnesium være beskyttet mot oksidasjon eller tenning med en inert atmosfære av svoveldioksid.

Forskjæringsevnen til forskjellige metaller for tetningsdybde i fallende rekkefølge for noen av de vanlige legeringene er gitt i tabell 1.1:

På grunn av kneading i smiing er komponentene produsert ved smiing normalt den sterkeste og krever minst materialtykkelse. Alle kritiske komponenter er derfor normalt smidd.

Noen av de typiske eksemplene på smidde komponenter inkluderer følgende:

Krumtapaksler, tilkoblingsstenger, trekk- og løfte kroker, spiralfjærer, aksler, sømløse rør og rør, skalllegemer, stenger, plater, seksjoner, tannpasta rør etc.

Teknikk # 3. Maskinering:

Det er prosessen med å gi ønsket form til et gitt materiale ved å fjerne det ekstra eller uønskede materialet ved å skjære i form av sjetonger. Klippverktøyet er nødvendigvis vanskeligere og sterkere enn materialet som skal kuttes. Maskineringsprosessene som brukes ofte, dreier, freser, borer, former, planlegger, renser, kjeder osv.

Selv om dreiebenker og fresemaskiner ble brukt i forbindelse med klokkefremstilling selv i det femtende og sekstitende århundre, men de fleste av disse prosessene ble introdusert i høyvolumindustriene i sine nåværende former for å lage dampmotor deler på slutten av det nittende århundre, men er blitt gammel i det nåværende århundre.

Nesten alle materialer kan bli bearbeidet, men ikke av samme letthet. Som regel er vanskeligere materialer med høy strekkfasthet vanskeligere å maskinere. Også meget myke materialer er plagsomme å maskinere ettersom beslagleggingen skjer mellom arbeidsmaterialet og verktøyet. Således kan det sies at det er et spesifikt hardhetsområde over og under som bearbeiding effektiviteten minker.

For å sammenligne enkel å kutte materialene er gitt maskinvareindeks.

Maskinbearbetning av et materiale avhenger av de ulike faktorene, og det er vanlig å vurdere fire av dem, nemlig:

(i) Verktøyets levetid,

(ii) Kuttingskrefter,

(iii) overflatefinish, og

(iv) Strømforbruk.

Basert på disse faktorene er fritt skjærestål spesifisert av AISI (American Institution of Steel and Iron) som B 1112 med følgende sammensetning og dreid ved 180 SFM (overflatefot per minutt) eller 55 SMM (overflate meter per minutt) gitt maskinvareindeks av 100.

C = 0-13% (maks.)

Mn = 0-9%

P = 0-1%

S = 0-2%

Jern = hvile

En rekke formler er blitt utviklet for å bestemme maskinbearbeidingsindeksen, og en slik formel fremsatt av Janitsky er som følger:

hvor,

c = en funksjon av TS,

TS = strekkfasthet,

YP = utbyttepunkt.

Materialegenskapene som påvirker maskinens bearbeidbarhet, omfatter følgende:

1. Materiell sammensetning:

Høy legeringsinnhold og tilstedeværelsen av harde inneslutninger som Al ₂ O ₃ i stål og også karboninnhold under 0, 30% eller over 0, 60% reduserer maskinbearbeidelse mens små mengder bly, mangan, svovel og fosfor forbedrer det.

2. Metallstruktur:

Ensartet mikrostruktur med små, uforstyrrede korn forbedrer maskinbearbeidelsen. Lamellarstruktur i lavt og middels karbonstål og sfærisk struktur i høykarbonstål gir også bedre bearbeidbarhet.

3. Arbeids- og varmebehandling:

Varm arbeid med hard legeringer og kald arbeid av myke legeringer resulterer i forbedret bearbeidbarhet.

Annealing, normalisering og temperering, generelt forbedrer maskinbearbeidelse. Quenching reduserer normalt maskinbearbetning.

Maskinbarhetsindeksene til noen av de kjente materialene er gitt i tabell 1.2.

Noen typiske eksempler på maskinbearbeidede komponenter inkluderer vee-veier, ventilseter, bilsylinderliner, girtenner, skruddespindler, maskindeler, muttere og bolter etc.

Teknikk # 4. Sveising:

Sveising som det normalt forstås i dag, er forholdsvis nyskapende blant fabrikasjonsprosessene, selv om smith smidde til å bli med metallbiter, ble praktisert selv før Kristus. Selv om det finnes en rekke veletablerte sveiseprosesser, men buesveising med belagte elektroder er fortsatt den mest populære sveiseprosessen verden over.

Arc sveising i sin nåværende form dukket opp på industrielle scenen i 1880-tallet. Selv om det er motstridende påstander om oppfinneren av denne prosessen, men svært ofte, tilskrives den en russisk kalt Slavianoff som hevdet å ha patentert den i 1881. Buesveising ble imidlertid ikke akseptert for fremstilling av kritiske komponenter til ca. 1920 som Tidbelegg for elektroder hadde vært godt utviklet.

Imidlertid ga etterspørselen etter storskala produksjon av tunge gjenstander som skip, trykkbeholdere, bygging av broer og lignende, den nødvendige drivkraften for sveising til å bli gammel, og den andre verdenskrig satte det fast som den viktigste fabrikasjonsprosessen.

Sveising, som er en prosess for å bli med i to eller flere deler av materialet, gir imidlertid en permanent skjøt, men påvirker normalt metallurgien av komponentene. Det følger derfor vanligvis med postsvetsvarmebehandling (PWHT) for de fleste kritiske komponenter.

De fleste materialer kan sveises av en prosess eller den andre. Noen er imidlertid lettere å sveise enn andre. For å sammenligne denne lettheten ved sveising brukes ofte en term "sveiseevne". Sveisevnen til et materiale avhenger av forskjellige faktorer som metallurgiske forandringer som oppstår på grunn av sveising, endringer i hardhet i og rundt sveis, gassutvikling og absorpsjon, grad av oksidasjon og effekten på knekkende tendens til leddet. Avhengig av disse faktorene har enkle karbonstål (C <0-12%) den beste sveisevnen blant metaller. Ofte har materialer med høy støpeevne ofte lav sveiseevne.

Sveiseprosesser som er mye brukt i industrien, er oksy-acetylen, manuell metallbue eller skjermet metallbue (SMA), nedsenket bue (SA), gassmetallbue (GMA), gasswolframbue (GTA) sveising, motstandssveising, termit sveising og kaldtrykkssveising. De fleste av disse prosessene har spesielle innflytelsesområder som motstandssveising er populær blant bilindustrien, termit sveising for å bli med på skinner på stedet. GM AW er spesielt egnet for sveising av lavkarbonstålkonstruksjoner, som også sveising av rustfritt stål og aluminium. GTAW er mer populært blant luftfarts- og nukleærindustrien, SAW for skipbygging, kaldpress sveising av næringsmiddelindustrien og lignende. Imidlertid er SMAW- eller stavelektrodesveising og oksy-acetylensveisprosesser de generelle formålsprosessene med et bredt spekter av applikasjoner.

Noen av de typiske bruksområder for sveising er fremstilling av skip, trykkbeholdere, billegemer, offshore-plattformer, broer, sveisede rør, tetting av atombrensel og sprengstoff, etc.