21. Krzywa umocnienia- sposoby wyznaczania i czynniki wpływające na naprężenie
uplastyczniające
Zachowanie się materiału w trakcie odkształcania plastycznego odzwierciedlają krzywe umocnienia
(charakterystyki plastyczności) wyrażające zmianę naprężenia uplastyczniającego σ
p
w funkcji
zastępczego odkształcenia plastycznego ε.
Odkształcenie plastyczne jest wynikiem przemieszczania się defektu sieciowego zwanego dyslokacją.
Może się ono dokonywać przez poślizg albo przez bliźniakowanie. Istnieje ścisła zależność miedzy
ilością dyslokacji a wielkością naprężeń uplastyczniających jak to pokazuje rys.2. Wzrost naprężeń
uplastyczniających ze wzrostem liczby dyslokacji spowodowany jest wzajemnym oddziaływaniem
dyslokacji i narastającej ilości innych defektów sieciowych wywołujących utrudnienia ruchu
dyslokacji.
W zakresie temperatur, w których nie zachodzą intensywne procesy zdrowienia a tym więcej
rekrystalizacji, wartość naprężenia uplastyczniającego σ
p
dla wszystkich metali i ich stopów zwiększa
się w miarę postępującego odkształcenia. Wzrost ten zależy między innymi od:
− prędkości odkształcenia
− temperatury
− ciśnienia.
Zależność naprężenia uplastyczniającego σ
p
od odkształcenia ε wyznacza się drogą doświadczalną i
otrzymuje się krzywe umocnienia plastycznego.
Wyznaczanie krzywej umocnienia na podstawie próby rozciągania.
Próba rozciągania jest najprostszą metodą wyznaczania charakterystyk plastyczności. Wyznaczana tu
jest siła rozciągająca oraz wydłużenie próbki, wielkości te następnie przeliczane są na naprężenie oraz
odkształcenie z następujących równań, przy założenie że w próbce rozciąganej występuje
jednoosiowy stan naprężenia.
naprężenie
σ
p
= σ
1
=P/A
odkształcenie
ε
p
=ln(l/l
o
)
gdzie: P – siła rozciągająca,
A – przekrój rzeczywisty próbki,
l
0
–początkowa długość pomiarowa próbki,
l – końcowa długość pomiarowa próbki.
Typową krzywą rozciągania z wyraźną granicą plastyczności przedstawiono na rysunku. Na krzywej tej
można wyróżnić charakterystyczne punkty.
Zależność naprężenia od odkształcenia uzyskana w próbie rozciągania
Granica proporcjonalności – punkt A (moduł Younga)
Wyraźna granica plastyczności - punkt B (występuje, gdy do zapoczątkowania plastycznego płynięcia
metali niezbędne jest większe naprężenie niż do dalszego odkształcania).
Dolna granica plastyczności – punkt C (dalsze przemieszczenia dyslokacji bez wzrostu naprężeń)
Granica plastyczności – punkt D (naprężenia sprężysto-plastyczne, po odciążeniu zostają tylko
plastyczne, bo zmniejszają się o wartość E)
Znajomość krzywych umocnienia ma duże znaczenie praktyczne, pozwala na ustalenie parametrów
obróbki plastycznej oraz właściwości kształtowanych elementów. Na podstawie krzywej umocnienia
można wnioskować o podatności materiału do obróbki plastycznej.
22. Metody walcowania, wyroby i parametry technologiczne procesu
W procesie walcowania żądany kształt przedmiotu otrzymuje się za pomocą odkształcenia
plastycznego materiału między obracającymi się i współpracującymi ze sobą walcami, tarczami lub
rolkami. Ze względu na rodzaj ruchu walcowanego materiału, kształt i ustawienie walców, rozróżnia
się walcowanie:
- wzdłużne (rys.1a), w którym materiał wykonuje ruch postępowy, a walce o osiach wzajemnie
równoległych obracają się w kierunkach przeciwnych - otrzymuje się głównie blachy, taśmy, pręty i
kształtowniki;
- poprzeczne (rys.1b), w którym materiał wykonuje ruch obrotowy, a walce o osiach równoległych
obracają się w zgodnym kierunku – wykonuje się śruby, wkręty i koła zębate;
- skośne (rys.1c), w którym materiał wykonuje ruch postępowo-obrotowy, a walce o osiach
wzajemnie skośnych obracają się w zgodnych kierunkach – wytwarza się tuleje rurowe, kule itp.;
- okresowe (rys.1d), w którym materiał wykonuje ruch postępowy lub postępowo-2 zwrotny, a walce
o osiach równoległych (o przekrojach niekołowych) obracają się przeciwnych kierunkach – produkuje
się tuleje rurowe, przedkuwki w formie prętów o zmiennym przekroju, wyroby ornamentowe, itp.;
- specjalne, które jest kombinacją omówionych sposobów walcowania - wykonuje się koła wagonowe
(rys.1e) i inne wyroby o złożonym kształcie.
Proces walcowania może odbywać się na gorąco lub na zimno. W przypadku stali węglowej
temperatura walcowania na gorąco wynosi ok. 100-150
0
C poniżej linii solidusu.
Rys.1. Schematy procesów walcowania: a – wzdłużne, b – poprzeczne, c – skośne, d – okresowe,
e – specjalne
Do podstawowych parametrów wpływających na technologię walcowania należą:
• gniot (zmniejszenie grubości walcowanego materiału),
• poszerzenie (zwiększenie szerokości),
• wydłużenie (zwiększenie długości),
• wyprzedzenie (zjawisko poruszania się materiału szybciej niż walców po wyjściu z pomiędzy nich -
rysunek)
23. Obróbka elektroerozyjna
W obróbce elektroerozyjnej usuwanie materiału z części obrabianej następuje w wyniku erozji
elektrycznej zachodzącej w czasie wyładowań elektrycznych pomiędzy elektrodami zanurzonymi w
dielektryku. Jedną z elektrod jest materiał obrabiany, a drugą elektroda roboczą. Obróbce
elektroerozyjnej podlegają praktycznie wszystkie materiały przewodzące prąd elektryczny tj.
wszystkie metale i ich stopy oraz duża grupa materiałów niemetalowych i kompozytowych z
ceramicznymi włącznie.
Najprościej rzecz ujmując by zjawisko mogło mieć miejsce spełnione muszą być następujące warunki:
- elektroda i przedmiot obrabiany wykonane są z materiałów przewodzących prąd.
- elektroda musi być oddzielona od materiału dielektrykiem (woda dejonizowana, nafta kosmetyczna,
olej transformatorowy) czyli materiałem o bardzo niskiej przewodności.
- napięcie wytworzone w szczelinie pomiędzy materiałem a elektrodą musi być na tyle wysokie by
wywołać miejscowe przebicie dielektryka i wytworzyć w nim kanał przewodzący prąd.
Obecnie można wyróżnić dwie główne odmiany obróbki elektroerozyjnej, a mianowicie:
- drążenie nazywane w skrócie EDM (Electrical Discharge Machining), gdzie elektroda odwzorowuje
swój kształt w materiale wykonując ruch pionowy lub złożony (łącznie z obrotem elektrody)
- wycinanie drutem nazywane WEDM (Wire Electrical Discharge Machining), gdzie elektrodą jest
drut przewijany pomiędzy górną a dolną głowicą.
W zależności od charakteru wyładowań elektrycznych w szczelinie roboczej, które mogą być iskrowe
lub łukowe, wyróżnia się:
- obróbkę elektroiskrową (zapewnia dużą dokładność wymiarów)
- obróbkę elektroimpulsową (pozwala na szybkie usuwanie dużych objętości materiału)
24. Materiały narzędziowe stosowane w obróbce wiórowej
- stale szybkotnące (najmniejsza twardość, najwyższa wytrzymałość na zginanie)
- węgliki spiekane (wysoka wytrzymałość na ściskanie, najwyższa odporność na kruche pękanie)
- cermetale (wysoka wytrzymałość na ściskanie , bardzo wysoka odporność na kruche pękanie)
- spieki ceramiczne: tlenkowe, tlenkowo-węglikowe, oparte na azotku krzemu i sialony (wysoka
odporność na kruche pękanie, bardzo wysoka wytrzymałość na ściskanie
- materiały supertwarde: regularny azotek boru (5000 HRC), polikrystaliczny diament syntetyczny
(8000-10000 HRC, najwyższy współczynnik przewodzenia ciepła i moduł sprężystości, najniższy
współczynnik rozszerzalności liniowej)
Zastosowanie materiałów narzędziowych podczas obróbki:
a)
Stali – regularny azotek boru, cermetale, węgliki spiekane, stale szybkotnące, ceramika
tlenkowa, diament (w małym zakresie)
b)
Żeliwa – ceramika tlenkowa, ceramika krzemowa, węgliki spiekane, diament i regularny
azotek boru (oba w małym zakresie)
c)
Materiałów nieżelaznych – węgliki spiekane, stale szybkotnące, diament (duży zakres)
25. Sposoby wykonywania gwintów
- toczenie gwintów (obróbka dokładna, małowydajna)
- gwintowanie gwintownikami (obróbka średniodokładna, małowydajna)
- gwintowanie gniotownikami (obróbka dokładna, wydajna)
- gwintowanie narzynkami (obróbka małodokładna, małowydajna)
- gwintowanie głowicami gwinciarskimi (obróbka dokładna, bardzo wydajna)
- frezowanie gwintów (obróbka małodokładna, bardzo wydajna)
-szlifowanie gwintów (obróbka dokładna)
- walcowanie gwintów (obróbka bardzo wydajna)
26.Metody kształtowe wykonywania kół zębatych
1.
Koła walcowe
a)
frezowanie kształtowe – kształt ostrza musi odpowiadać kształtowi wrębu
międzyzębnego (frez palcowy)
b)
struganie uzębienia wg kopiału – otrzymuje się zarys zęba przez przesuwanie narzędzia
wraz z saniami narzędziowymi wg kopiału
c)
metody obwiedniowe – polegają na kinematyczno-geometrycznym obwodzeniu zarysu
zęba przez kolejne położenia krawędzi skrawającej. Zarys narzędzia nie pokrywa się z
zarysem zębów.
- dłutowanie metodą Maaga (narzędzie nieruchome, koło obrót i posuw)
- dłutowanie metodą Sunderlanda (narzędzie posuw, koło z obrót)
- dłutowanie metodą Fellowsa (narzędzie i koło posuw i obrót)
- frezowanie obwiedniowe (narzędzie obrót, koło posuw i obrót)
2.
Koła stożkowe
a)
frezowanie kształtowe
b)
nacinanie kół metodą kopiową
c)
metody obwiedniowe – wykorzystują ruch toczny koła po zębatce pierścieniowej
- struganie metodą Bilgrama (narzędzie posuw, koło obrót)
- struganie metodą Gleasona(narzędzie posuw, koło obrót i posuw)
- frezowanie (narzędzie i koło obrót i posuw)
d)
metoda Fiat-Mammano (noże w głowice tworzą spiralę Archimedesa)
e)
metoda Oerlikona
Do obróbki wykańczającej kół zębatych walcowych w stanie miękkim zalicza się wiórkowanie,
wykorzystujące zjawisko poślizgu na zębach, a do kół stożkowych szlifowanie.
3.
Przekładnie ślimakowe
a)
toczenie ślimaków
b)
frezowanie ślimaków
c)
szlifowanie ślimaków
27. Powłoki ochronne na ostrza narzędzi skrawających
Wyróżniamy powłoki:
a)
twarde
- ceramiczne Al
2
O
3
- węgliki
- azotki
- krzemki
- syntetyczne materiały na bazie diamentu i regularnego azotku boru
b)
miękkie np. grafit
Często stosuje się powłoki złożone wieloskładnikowe, wielowarstwowe, multinanowarstwowe i
wielofazowe.
Rozróżnia się obecnie dwie grupy technik dobrze ugruntowanych w praktyce przemysłowej
nanoszenia powłok, są to:
- PVD (Physical Vapour Deposition) - fizyczne osadzanie z pary,
- CVD (Chemical Vapour Deposition) - chemiczne osadzanie z pary.
Głównym celem powłok ochronnych jest ograniczenie zużycia ostrza poprzez:
- zmniejszenie współczynnika tarcia w strefie kontaktu narzędzia z wiórem i przedmiotem
obrabianym,
- zwiększenie twardości warstw wierzchnich powierzchni roboczych narzędzia,
- stworzenie bariery dla wnikania ciepła w narzędzie,
- ograniczenie dyfuzji,
- zmniejszenie zmian chemicznych w warstwach wierzchnich ostrza.
Wymagania stawiane powłokom:
- małe tendencje do wzajemnego oddziaływania między warstwą powłoki a obrabianym materiałem
- duża twardość i ciągliwość
- dobra przyczepność z podłożem
- wysokie właściwości mechaniczne i wytrzymałościowe
- duża odporność na oddziaływania chemiczne
28. Co to jest twardość i jakimi metodami ją się mierzy?
Twardość – własność ciał stałych polegająca na stawianiu oporu odkształceniom plastycznym lub
pęknięciom przy lokalnym oddziaływaniu nacisku na ich powierzchnię, wywieranego przez inne
bardziej twarde ciało. Jest to cecha umowna umożliwiająca porównanie odporności różnych
materiałów na uszkodzenia powierzchni. Określa się ją przy użyciu twardościomierzy metodami
statycznymi (Brinella, Rockwella, Vickersa), dynamicznymi (Shore’a) i innymi.
Metoda Brinella – najstarsza metoda; wgłębnikiem wciskowym jest kulka stalowa lub z węglików
spiekanych; średnicę dobiera się w zależności od wielkości (grubości) próbki. Pod obciążeniem F kulka
wygniata odcisk o średnicy d, którą mierzy się lupą z podziałką lub pod mikroskopem.
Twardość Brinella
ł
ąż ą
Metodę stosuje się do określenia twardości stopów żelaza i metali nieżelaznych w zakresie twardości
do ok. 650 HB .
Metoda Rockwella – w tej metodzie miarą twardości jest głębokość h (zamiast średnicy) wnikania w
badany materiał stożka diamentowego o kącie wierzchołkowym 120° (do stali stopowych i
węglowych w stanie zahartowanym i ulepszonym cieplnie) lub hartowanej kulki stalowej (do stali
węglowych i stopowych w stanie zmiękczonym lub znormalizowanym i stopów metali nieżelaznych).
Głębokość wnikania h mierzy się czujnikiem. Działką elementarną jest głębokość wnikania h równa
0,002mm a twardość Rockwella otrzymuje się odejmując głębokość h wyrażoną w jednostkach
pomiarowych od 100 dla skal C i A oraz od 130 dla B i F. Metoda ta jest nieniszcząca i pozostawia na
badanym przedmiocie tylko niewielką skazę.
Metoda Vickersa – polega na wgniataniu w badany metal diamentu w kształcie piramidy o kącie 136º
między przeciwległymi ścianami. Odcisk ma zarys kwadratu. Nacisk waha się od 1 do 100kG.
Twardość Vickersa
ł
ąż ą
Metoda ta jest analogiczna do skali Brinella. Powoduje ona uszkodzenie elementu w minimalny
sposób. Do pomiaru używa się aparatu Vickersa a metoda ta jest jedną z najdokładniejszych.
29. Czym różnią się stal, staliwo i żeliwo?
Żeliwo - stop odlewniczy żelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką (inaczej jest to
przetopiona po raz któryś surówka ze złomem żeliwnym lub stalowym i dodatkami), zawiera 2-4,5% C
w postaci cementytu (węglik żelaza Fe
3
C) lub grafitu. Otrzymywany jest przez przetapianie surówki z
dodatkiem złomu stalowego w piecach(żeliwiakach). Niewielki skurcz odlewniczy 1-2% . Posiada
wysoka odporność na korozje (wysoka zawartość C). Podział żeliwa: białe, szare, stopowe, ciągliwe,
połowiczne.
Staliwo - stal w postaci lanej (odlana w formy odlewnicze), nie poddana obróbce plastycznej.
Zawartość C <1,5% a domieszek <1%. Ma niższe właściwości mechaniczne niż stal o tym samym
składzie po obróbce plastycznej. Ma za to lepsze właściwości mechaniczne od żeliwa. Plastycznie są
obrabialne (odmiany o zawartości C <0,25% są dobrze obrabialne). Staliwa dzielą się na węglowe i
stopowe.
Stal - stop żelaza z węglem, plastycznie obrabiany. Zaw. C < 2% w postaci perlitu płytkowego
(mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu zawierająca ok. 0,8%C). Zawiera: metale (chrom,
nikiel, mangan, miedź, tytan, wolfram, molibden), tlen, azot, siarkę ,tlenki siarki i fosforu. Otrzymuje
się z surówki w procesie świeżenia.
30. Narysować i opisać wykresy rozciągania stali z wyraźną i umowną granicą
plastyczności.
Wykresy rozciągania stali: a) wykazujący granicę plastyczności (metale kolorowe, stal miękka, stale
wyżarzone) b) niewykazujący wyraźnej granicy plastyczności (stopy, stale twarde)
Granica plastyczności (
R
e
) jest to naprężenie, po którego osiągnięciu występuje wyraźny wzrost
wydłużenia rozciąganej próbki, bez wzrostu obciążenia. Oblicza się je jako iloraz siły (
P
0
) i
pierwotnego poprzecznego przekroju (
S
0
) próbki
Wytrzymałość doraźna na rozciąganie (
R
m
) jest to naprężenie odpowiadające największej sile
obciążającej (F
m
) , uzyskanej w czasie przeprowadzania próby rozciągania, odniesionej do
pierwotnego przekroju poprzecznego (
A
0
)
.
Umowna granica plastyczności (
R
0,2
) oznacza naprężenie, przy którym powstaje trwałe wydłużenie
ε= 0,2%
.
Wydłużenie względne (
ΔL
) jest to przyrost długości pomiarowej próbki po jej zerwaniu (
L
u
) ,
odniesiony do pierwotnej długości pomiarowej (
L
0
) próbki, wyrażony w procentach.
Moduł sprężystości jest to stosunek naprężenia do odpowiadającego mu wydłużenia jednostkowego
o zakresie, w którym krzywa rozciągania jest linią prostą.
31. Metody otrzymywania aluminium, właściwości oraz zastosowanie aluminium i
jego stopów
Właściwości
- bardzo lekki (gęstość 2,7 g/cm
3
)
- jeden z najbardziej odpornych na korozję metali (posiada warstewkę tlenu na powierzchni)
- daje się dobrze obrabiać plastycznie
- temp. topnienia 660,4°C
- granica plastyczności 20÷40 MPa, wytrzymałość na rozciąganie 70÷120 MPa
- dobra przewodność cieplna
- wysoka przewodność elektryczna
Zastosowanie aluminium
Aluminium hutnicze stosowane jest do produkcji stopów, urządzeń dla przemysłu spożywczego,
niektórych przewodów elektrycznych, wymienników ciepła, w budownictwie, na opakowania (folie)
art. spożywczych oraz w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.
Aluminium rafinowane (o wysokiej czystości) stosowane jest w elektronice i elektrotechnice oraz do
budowy specjalnej aparatury chemicznej.
Zastosowanie stopów aluminium
Stopy Al-Si (krzem) siluminy
Stopy odlewnicze - wysoko obciążone tłoki silników spalinowych, przemysł okrętowy i elektryczny
Stopy do obróbki plastycznej – średnio obciążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów
Stopy Al-Mg (magnez)
Stopy odlewnicze - odlewy o dużej odporności na korozję (armatura wodna, aparatura chemiczna),
elementy silnie obciążone i narażone na uderzenia
Stopy do obróbki plastycznej – średnio obciążone elementy w przemyśle okrętowym i lotniczym,
przemysł spożywczy i chemiczny
Stopy Al-Cu (miedź) stosuje się bardzo obciążone elementy samochodów i maszyn
Stopy Al-Cu-Mg i Al-Zn (cynk) stosowane są na elementy maszyn, pojazdów, taboru kolejowego,
samolotów.
Stopy Al-Mn, Al-Fe (żelazo) stosuje się na urządzenia produkcyjne i transportowe w przemyśle
spożywczym i chemicznym oraz na elementy spawane i zgrzewane.
Al-Li (lit) stosuje się na elementy nowoczesnych samolotów.
Otrzymywanie aluminium
Aluminium występuje w przyrodzie w postaci rudy zwanej boksytem. By otrzymać aluminium w
pierwszej kolejności otrzymuje się czysty tlenek glinu.
Można go otrzymywać przy pomocy wielu
metod. Najczęściej stosuje się sposób Boyera, który polega na oddziaływaniu związkami alkalicznymi
na rudę boksytową. W wyniku reakcji tworzy się glinian sodu, a z niego wodorotlenek glinu. Po
wyprażeniu wodorotlenku uzyskuje się czysty tlenek glinu.
Jest on produktem wyjściowym do
produkcji aluminium metodą elektrolizy.
W metodzie tej tlenek aluminium dysocjuje na jony
aluminium i tlenu. Aluminium gromadzi się na dnie elektrolizera (metalowej wanny stanowiącej
katodę) pod wpływem przyciągania do elektrody ujemnej (umieszczona nad wanną; stanowi anodę)
oraz pod wpływem ciężaru własnego i co pewien czas jest spuszczane z wanny. Na anodzie wydziela
się tlen.
W wyniku elektrolizy otrzymuje się aluminium hutnicze o zawartości 99-99,6% Al. Tak
otrzymane aluminium stosuje się jako surowiec na odlewy oraz stopy aluminiowe. Zanieczyszczenie
usuwa się z aluminium metodą rafinacji elektrycznej.
32. Jakimi metodami badań nieniszczących wykrywa się wady wewnętrzne?
Badania nieniszczące to badania, umożliwiające uzyskanie informacji o stanie fizycznym, wadach i
własnościach badanego obiektu (materiału, wyrobu, konstrukcji) bez spowodowania zmiany jego
cech użytkowych. Wyróżniamy wśród nich badania wizualne VT, penetracyjne PT, magnetyczno-
proszkowe MT, radiograficzne RT, ultradźwiękowe i prądami wirowymi ET.
Wady wewnętrzne wykrywa metoda:
a)
Magnetyczno-proszkowa MT – wykorzystuje rozproszenie w badanym obiekcie pola
magnetycznego;
nieciągłości
wskazuje
ferromagnetyczny
proszek
naniesiony
na
powierzchnię, który wskutek wytworzenia pola magnetycznego skupia się na powierzchni w
miejscu wady. Metoda przydatna tylko do materiału ferromagnetycznego. Zaletami są
szybkość badań, łatwość w stosowaniu, wysoka skuteczność wykrywania wad.
b)
Radiograficzna RT – polega na wykonaniu radiogramu badanego elementu za pomocą
promieni X (Roentgena) lub promieni γ (gamma) a następnie ocenie wykrytych niezgodności
zarejestrowanych na radiogramie w postaci miejsc o różnym zaciemnieniu (zaciemnienie
zależy od „grubości” wady). Metoda ta ma zastosowanie przy badaniu wad wewnętrznych
spoin, złącz spawanych, odlewów, elementów maszyn oraz różnorakich konstrukcji, pozwala
na wykrycie różnic grubości. Koszt badań RT jest najwyższy ze wszystkich badań
nieniszczących a same badania należą do najbardziej wiarygodnych metod badań
nieniszczących.
c)
Ultradźwiękowa UT – polega na impulsowym wysyłaniu do badanego materiału za pomocą
głowicy aparatu ultradźwiękowego fali ultradźwiękowej wytworzonej w przetworniku
piezoelektrycznym. Rozchodzące się w obiekcie fale dają przepuszczalny sygnał lub sygnał
odbity jeśli natrafił na nieciągłość. Wracają one do głowicy i po przetworzeniu na drgania
elektryczne są rejestrowane na ekranie oscyloskopu. Metodę tą charakteryzują szybkość
badania oraz dokładna lokalizacja wad. Badania te są szybsze, tańsze i skuteczniejsze niż RT.
33. Co to jest strefa wpływu ciepła i jaki jest jej wpływ na własności złączy
spawanych?
Strefa wpływu ciepła to obszar wokół spoiny w spawanych materiałach metalowych jak i
termoplastach. Złącze spawane składa się ze spoiny, strefy wpływu ciepła i materiału rodzimego. SWC
powstaje podczas procesu łączenia materiału. Wszystkie trzy obszary wskutek oddziaływania cykli
cieplnych spawania różnią się właściwościami i strukturami (najbardziej w SWC). Stopień i obszar
zmiany właściwości zależą od rodzaju łączonych materiałów, materiału elektrody oraz natężenia i
koncentracji dostarczanego ciepła w procesie spawania lub cięcia.
SWC
0 – Oznacza spoinę.
1 – odcinek niezupełnego przetopienia (ziarna są częściowo nadtopione) – Rozpoczyna się tu proces
krystalizacji spoiny i powiązanie sieci krystalicznej materiału rodzimego z siecią krystaliczną
krzepnącej spoiny. Ze względu na niepełne przetopienie wad odcinek ten ma istotny wpływ na
wytrzymałość złącza.
2 – odcinek przegrzania – Ma charakterystyczną strukturę przegrzaną o grubym ziarnie. Wskutek
przegrzania właściwości mechaniczne a zwłaszcza udarność i wydłużenie materiału w tej strefie
znacznie się pogarszają, co ułatwia powstawania i rozwój pęknięć.
3 – odcinek normalizacji – Występuje tu równomierna budowa drobnoziarnista typowa dla
wyżarzania normalizującego. Ze wszystkich odcinków złącza ma najlepsze właściwości mechaniczne.
4 – odcinek częściowego przekrystalizowania – Część składników ulega przemianie w austenit; cechą
charakterystyczną tego odcinka jest niejednorodność wielkości ziarna i przez to obniżenie w
porównaniu do poprzedniego odcinka właściwości mechanicznych.
5 – odcinek rekrystalizacji – Zachodzą tu procesy rekrystalizacji i rozrostu ziarna a w konsekwencji
obniżenie właściwości wytrzymałościowych. Mogą także zachodzić tu procesy starzenia i utwardzania
dyspersyjnego powodujące obniżenie właściwości plastycznych.
Powstanie strefy wpływu ciepła jest nieuniknione w procesie łączenia elementów.
Makroniejednorodność złącza nie odbija się w praktyce na jego przydatności eksploatacyjnej, czasem
możliwe jest jednak jej ograniczenie lub nawet awaria konstrukcji spawanych w trakcie eksploatacji
wskutek pęknięć, lokalnych ubytków korozyjnych, itp.
34. Jakie metody spawania stosuje się do blach cienkich, a jakie do grubych?
Metody stosowane do spawania blach cienkich:
- spawanie plazmowe
- spawanie laserowe
- spawanie gazowe
- spawanie elektronowe
- spawanie elektrodą otuloną
- spawanie metodą TIG
- spawania metodami MIG, MAG
Metody stosowane do spawania blach grubych:
- spawanie elektrożużlowe
- spawanie łukiem krytym
- spawania metodami MIG, MAG
- spawanie elektronowe
- spawanie elektrodą otuloną
35. Jakie metody zgrzewania stosuje się do łączenia blach, a jakie do łączenia
prętów?
Łączenie prętów:
- zgrzewanie rezystancyjne zwarciowe
- zgrzewanie rezystancyjne iskrowe
- zgrzewanie rezystancyjne garbowe
- zgrzewanie tarciowe
- zgrzewanie zgniotowe na zimno
Łączenie blach:
- zgrzewanie rezystancyjne iskrowe
- zgrzewanie rezystancyjne punktowe
- zgrzewanie rezystancyjne garbowe
- zgrzewanie rezystancyjne liniowe
36. Czym różni się lutowanie miękkie od lutowania twardego? Mechanizm
powstawania złącza w lutowaniu miękkim i twardym
Lutowanie, różnice w lutowaniu miękkim i twardym
Lutowaniem nazywamy metodę spajania metali za pomocą wprowadzania między łączone
powierzchnie innego roztopionego metalu lub stopu (czynnika łączącego), zwanego spoiwem (lutem).
Podczas lutowanie części łączone nagrzewają się, lecz nie topią w miejscu łączenia. Połączenie trwałe
uzyskuje się dzięki przyczepności lutu do materiałów łączonych, dlatego warunkiem otrzymania
prawidłowego połączenia jest staranna oczyszczenie (mechaniczne i chemiczne) powierzchni
lutowanych. Połączenia lutowane dobrze przewodzą prąd i dlatego są stosowane zamiast spawania w
przypadkach, gdy spoiny nie muszą przenosić dużych obciążeń, ale powinny zapewnić dobre
przewodzenie prądu.
Lutowanie można podzielić na miękkie, twarde i lutospawanie. Lutowanie miękkie od twardego różni
się zakresem temperatur w jakich są stosowane. Miękkie stosowane są poniżej 450°C a twarde od
590°C do 815°C. Lutowanie miękkie stosuje się do łączenia części o niedużych naprężeniach w złączu i
niewysokiej temperaturze pracy, jak również do uszczelniania połączeń zawalcowanych i innych (np.
cienkościennych zbiorników, pojemników, rynien, rurociągów). Lutowanie twarde jest używane do
połączeń ślusarskich, w budowie ram rowerowych, w kołnierzach połączeń rurociągów, do łączenia
części mechanizmów precyzyjnych, w produkcji narzędzi skrawających.
Mechanizm powstawania złącza
Proces lutowania twardego jest identyczny jak w przypadku lutowania miękkiego. Lutowanie twarde
wymaga dostarczenia do złącza większej ilości ciepła niż w przypadku lutowania miękkiego.
W procesie powstawania złącza wyróżnia się dwa rodzaje zjawisk: adhezyjne i dyfuzyjne. Zjawiska
adhezyjne obejmują kontakt fizyczny i chemiczny między materiałem lutowanym i lutowiem, w
którym ważną rolę pełnią zwilżalność, napięcie powierzchniowe, rozpływność i włoskowatość.
Elementy lutowane (po odpowiednich zabiegach oczyszczania) dopasowuje się do siebie i nakłada
warstewkę lutu w miejsce styku, następnie podgrzewa się złącze do temp. topnienia lutu. Ważnym
zagadnieniem jest zwilżalność lutu – zdolność pokrycia pow. materiału lutowanego cienką i
równomierną warstwą lutu. Warunkiem zwilżalności jest aby siły przyciągania (adhezji) między
cząsteczkami ciekłego lutu były większe od sił spójności (kohezji) między cząsteczkami ciekłego lutu.
Ze zwilżaniem wiąże się kąt zwilżenia – im jest on mniejszy tym zwilżalność jest większa. Wartość
tego kąta zależy od rodzaju metalu zwilżanego i lutu, rodzaju mediów wspomagających zwilżanie
(aktywność topnika czy próżni), temp. lutowania, dokładności oczyszczenia powierzchni i jej
chropowatości. Ze zwilżalnością wiąże się także rozpływność lutowia na powierzchni materiału
lutowanego, która zależy od tych samych czynników co zwilżalność. Po stopieniu lutu w szczelinie
między elementami następuje jego krystalizacja i tworzy się lutowina. Kolejnym ważnym
zagadnieniem jest włoskowatość (kapilarność) lutu decydująca o wnikaniu w głąb szczeliny. Dotyczy
ona szczelin częściowo zanurzonych w cieczy (w tym przypadku jest to lut). Wysokość poziomu cieczy
między elementami rośnie razem ze zwilżalnością, ze spadkiem masy właściwej cieczy i ze
zmniejszeniem szerokości szczeliny. Kolejnym etapem jest oddziaływanie chemiczne lutu na materiał
lutowany, czyli dyfuzja. Jest to dwukierunkowe przemieszczanie się składników lutu i materiału
lutowanego i zachodzi najintensywniej, gdy lut jest ciekły oraz już mniej intensywnie w pierwszej
fazie chłodzenia. Intensywność dyfuzji zależy przede wszystkim od temperatury procesu a także w
mniejszym stopniu od cech materiałów. Głębokość dyfuzji wynosi
√ , gdzie t oznacza czas trwania
procesu i waha się w granicach od kilku do kilkudziesięciu μm w zależności w jakim środowisku
przebiega lutowanie.
37. Źródła ciepła wykorzystywane w metodach spawania
1.
Płomień gazowy – uniwersalne źródło ciepła, łatwe do regulacji w dość szerokim zakresie
mocy.
2.
Łuk elektryczny – jest wyładowaniem elektrycznym w atmosferze zjonizowanych różnych par
i gazów.
3.
Ciepło Joule’a-Lenza – jest wynikiem zamiany energii elektrycznej na energię cieplną.
4.
Strumień plazmy – plazma jest gazem zjonizowanym składającym się z mieszaniny dodatnich
jonów i elektronów.
5.
Wiązka laserowa – laser to urządzenie wytwarzające spójną wiązkę promieniowania
elektromagnetycznego w zakresie od ultrafioletu do podczerwieni.
6.
Wiązka elektronów – uzyskuje się ją w wyniku emisji elektronów w próżni przez
podgrzewaną katodę o łatwej emisyjności i przyspieszenia wiązki w polu elektrycznym
między katodą i anodą.
7.
Energia promieniowania elektromagnetycznego.
8.
Reakcje egzotermiczne.
9.
Tarcie mechaniczne i zgniot.
38. Podaj różnice pomiędzy metodami spawania łukowego w osłonie gazów
ochronnych MAG i MIG i przeznaczenie tych metod
Proces spawania metodami MIG i MAG polega na topieniu metalu łączonego i elektrody w postaci
drutu ciepłem pochodzącym z łuku jarzącego się w osłonie gazu między metalem spawanym i
elektrodą. Jeżeli osłoną łuku i ciekłego stopiwa są tylko gazy chemicznie obojętne (Ar, He, Ar+He) to
proces nosi nazwę MIG (Metal Inert Gas), gdy zaś w skład osłony wchodzą gazy aktywne (CO
2
, O
2
, H
2
,
N
2
) użyte oddzielnie lub jako mieszanki z Ar i/lub He to proces nazywa się MAG (Metal Active Gas).
Oprócz tego MIG i MAG różnią się dobieranymi drutami (elektrodami) oraz parametrami procesu.
Metoda MAG jest stosowana do łączenia stali konstrukcyjnych niestopowych, niskostopowych i
wysokostopowych, natomiast metoda MIG do spawania aluminium, magnezy, miedzi i innych metali
nieżelaznych i ich stopów.
39. Proces spawania metodą TIG
W procesie spawania łukowego elektrodą nietopliwą w osłonie gazowej, połączenie spawane
uzyskuje się przez stopienie metalu spawanych przedmiotów i materiału dodatkowego ciepłem łuku
elektrycznego, jarzącego się pomiędzy nietopliwą elektrodą i spawanym przedmiotem w osłonie gazu
obojętnego lub redukcyjnego wypływającego z dyszy palnika. W specjalnym regulowanym uchwycie
palnika, zamocowana jest nietopliwa elektroda wolframowa. W zależności od warunków
technologicznych spawania koniec elektrody wystaje poza dyszę gazową od kilku do nawet
kilkudziesięciu milimetrów. Gazy ochronne do spawania TIG, to gazy obojętne Ar i He lub ich
mieszanki z ewentualnym dodatkiem H
2
.
Obecnie metoda TIG jest jednym z podstawowych procesów wytwarzania konstrukcji, zwłaszcza ze
stali wysokostopowych, stali specjalnych, stopów niklu, aluminium, magnezu, tytanu i innych. Spawać
można w szerokim zakresie grubości złączy, od dziesiątych części mm do nawet kilkuset mm.
Spawanie TIG prowadzone może być prądem stałym lub przemiennym. Z natury TIG jest procesem
ręcznym, ale łatwo można go zmechanizować i zautomatyzować. Efektywność wykorzystania energii
(sprawność) doprowadzonej do łuku w tym procesie wynosi 55-65%. Oprócz tego mała jest prędkość
spawania 0,1÷0,3 m/min i gęstość mocy 0,1÷0,5 kW/mm
2
. Wydajność metody jest niższa niż
wydajność spawania elektrodami otulonymi. Ze względu na wysoką jakość spoin a nie wydajność
spawania metodą TIG łączy się przede wszystkim elementy cienkie, precyzyjne i wykonuje się
warstwy graniowe.
40. Na czym polega zgrzewanie, wymień poznane metody
Zgrzewanie
Zgrzewanie jest procesem spajania, w którym złącze uzyskuje się w wyniku działania na łączone
elementy tylko docisku, docisku i ciepła lub docisku i innych zjawisk fizycznych (np. drgań
ultradźwiękowych). Wywarcie docisku jest warunkiem koniecznym zgrzewania, a podgrzanie
intensyfikuje proces i jest stosowane w olbrzymiej większości metod zgrzewania.
Połączenie zgrzewane powstaje w efekcie powiązania silnie odkształconych plastycznie cząsteczek
materiałów w stanie stałym lub przemieszczenie nadtopionych materiałów w miejscu ich łączenia.
Mechanizm powstawania zgrzeiny w stanie stałym obejmuje procesy zbliżenia atomów na odległość
działania sił Van der Waalsa i/lub dyfuzji a także związania mechanicznego bardzo silnie
zniekształconych cząsteczek. W niektórych odmianach zgrzewania występuje także nadtopienie
łączonych elementów i silne mechaniczne przemieszanie ciekłych metali.
Proces zgrzewania pozwala łączyć prawie wszystkie metali stosowane w praktyce przemysłowej,
niektóre niemetale (np. ceramika) i tworzywa polimerowe.
Rodzaje zgrzewania
1.
Zgrzewanie rezystancyjne:
a)
zgrzewanie rezystancyjne doczołowe
- zgrzewanie rezystancyjne (doczołowe) zwarciowe
- zgrzewanie rezystancyjne (doczołowe) iskrowe
b)
zgrzewanie rezystancyjne punktowe
c)
zgrzewanie rezystancyjne garbowe
d)
zgrzewanie rezystancyjne liniowe
e)
zgrzewanie rezystancyjne prądem wielkiej częstotliwości
f)
zgrzewanie łukiem wirującym
2.
Zgrzewanie ultradźwiękowe
3.
Zgrzewanie dyfuzyjne
4.
Zgrzewanie tarciowe
5.
Zgrzewanie wybuchowe
6.
Zgrzewanie zgniotowe na zimno