Методи за обработка на особено твърди метали. Термична обработка на твърди отпадъци Преработка на твърди материали

В зависимост от изискванията към крайния продукт термичната обработка се извършва по различни методи.

Процеси на сушенеизползва се при производството на крайни междинни продукти под формата на гранули, брикети, както и за дехидратация на разтвори, утайки и суспензии; чрез последващо сушене, изпичане или синтероване на гранулирания или формован материал се получава крайният продукт. В тези случаи моделите на пренос на топлина и маса са същите като по време на основния технологични процесиизсъхване в химическа индустрияи в производството на строителни материали.

IN процес на синтерованеагломерати и формовани заготовки, прахообразните частици се комбинират в монолитно поликристално твърдо тяло със свойства, близки до тези на компактния материал. Процесът на термична обработка се състои от два етапа.

Първият етап - отстраняването на технологичното свързващо вещество - протича при температурите на изпаряване и топене на свързващото вещество и завършва при температурата, при която прахообразните частици започват да се синтероват. Вторият етап - синтероване - започва при температура, съответстваща на взаимното сцепление на частиците една с друга, и продължава до температурата за получаване на монолитно тяло, която е приблизително 0,8 от температурата на топене на керамичния материал. Режимът на изпичане се избира въз основа на химическия и гранулометричния състав на шихтата от отпадъците, метода на формоване или пресоване, както и размера и вида на продукта.

По време на синтероването първоначалният заряд (формован или пресован) е термодинамично нестабилна дисперсна система с голям запас от свободна енергия.

Процесът на синтероване може условно да се раздели на три етапа.

На първия етап движещата сила е излишната свободна повърхностна енергия на фините частици, която се стреми да компресира детайла поради възникващото налягане и да намали свободната му повърхност. Частиците се плъзгат по границите на зърната, което води до уплътняване на детайла и неговото свиване.

На втория етап частиците се изпичат в точките на контакт, създадени на първия етап. По време на изпичането контактите между частиците се разширяват, а формата и размерът на порите непрекъснато се променят. Кинетиката на този процес се определя от скоростта на вискозния поток на средата, в която се намират порите. На този етап вискозният поток на средата се определя от механизма на повърхностна дифузия на атоми върху повърхностите на синтерованите частици към областта на контактния провлак.

На третия етап в тялото за синтероване остават само затворени изолирани пори и по-нататъшното уплътняване е възможно само чрез намаляване на техния брой и обем (процес на заздравяване). Крайният етап на синтероване е най-дълъг.

процес на пиролизанамира приложение при преработката на отпадъчна дървесина, пластмаси, каучукови изделия, ТБО и утайки от рафиниране на нефт и представлява процес на разлагане на отпадъчна дървесина, други растителни материали, когато се нагряват до температура 450-1050 ° C без достъп на въздух. В този случай се образуват газообразни и течни продукти, както и твърди въглища.

роден остатък ( дървени въглищапри обработката на дърво, сажди при рециклирането на гуми).

В зависимост от температурата на нагряване, пиролизните инсталации се разделят на нискотемпературни (450-500 ° C), характеризиращи се с минимален изход на газ, максимално количество смоли, масла и твърди остатъци; средна температура (до 800 °C) с повишен добив на пиролизен газ и намален добив на смоли и масла; високотемпературен (над 800 °C) с максимален добив на газове и минимум смолисти продукти.

Високите температури засилват изхвърлянето на отпадъци. Скоростта на реакциите нараства експоненциално с повишаване на температурата, докато топлинните загуби нарастват линейно. В този случай се получава по-пълен добив на летливи продукти и обемът на получения твърд остатък се намалява. По време на пиролиза температурният диапазон от 1050-1400 ° C е нежелан, тъй като води до образуване на шлаки, особено в ТБО.

Процесът на пиролиза се извършва в пещи с периодична или непрекъсната работа с различни конструкции (камера, тунел, шахта, с подвижни слоеве) с външно и вътрешно отопление. В началния етап, с повишаване на температурата, възникват ендотермични процеси. Когато дървесината или други растителни отпадъци се нагреят до 150 ° C, влагата се отстранява и при температури от 170-270 ° C се образуват газове CO и CO 2 и малки количества метилов алкохол и оцетна киселина. При 270-280 °C започват екзотермични трансформации. Отделянето на некондензиращи газове, като CO и CO 2, намалява и в същото време отделянето на други газообразни и парообразни вещества (CH 4, C 2 H 4 , H 2), както и метилов алкохол и оцетна киселина , се увеличава. Скоростта на процеса се влияе от размера на парчетата преработени отпадъци, тяхната влажност и температура.

Излизащите от пещта газове се охлаждат и отделят ценни компоненти от тях. Полученият въглен се използва в производството на активен въглен, черен прах и други процеси.

Високите технологии и труден процес, което изисква специално оборудване и специални инструменти. Това се дължи на факта, че такива сплави имат висока еластичност и якост и следователно са силно устойчиви на рязане, пробиване, шлифоване и други механични обработки. В същото време качеството на съответния процес до голяма степен зависи от характеристиките на метала и правилния избор на режещия инструмент.

Карбидни характеристики

Трудните за рязане метали включват топлоустойчиви и неръждаеми стомани и сплави. Тези материали са твърдо решение от аустенитния клас, така че имат такива качества като висока устойчивост на корозия, способност да работят в напрегнато състояние за дълго време и устойчивост на химическо разрушаване. В допълнение, някои видове от тези метали имат силно дисперсна структура. Поради това процесът на плъзгане практически не се случва.

Обработката също е сложна поради следните причини:

при рязане материалът се втвърдява;
сплавите от това естество имат ниска топлопроводимост и поради това контактната част на детайла и инструмента започва да се захваща;
първоначалната здравина се запазва дори при много висока температура;
високата абразивна способност на сплавите води до образуване на включвания, които влияят неблагоприятно на инструмента;
устойчивостта на вибрации на металите се определя от неравномерния поток на процеса на рязане, което означава, че няма да работи за постигане на желаното качество на обработка.

Избор на инструмент

За да избегнете всички проблеми, описани по-горе, и да извършите висококачествена обработка на твърди сплави, е необходимо преди всичко да изберете правилния инструмент. Той трябва да бъде направен от метал, който има по-високи режещи свойства от детайла. В същото време експертите препоръчват използването на карбидни фрези за предварителна обработка и високоскоростни фрези за довършителни работи. Последните включват марки стомана R14F4, R10K5F5, R9F5, R9K9.

За производството на инструменти от карбидни метали се използват три вида сплави:

T30K4, T15K6, VKZ - устойчиви на износване;
T5K7, T5K10 - се отличават с висок вискозитет;
VK6A, VK8 - са нечувствителни към удари, имат най-малко устойчивост на износване.

За втвърдяване на инструментите и подобряване на тяхната производителност се прилагат допълнително втори слой карбиден метал, цианиране, хромиране и облицовка.

антифриз

Правилният избор на охлаждащи течности и методът на тяхното приложение е не по-малко важен процес, ако е необходимо да се обработват твърди сплави. За пробиване експертите препоръчват използването на материали на минерална основа. Те особено повишават производителността при работа с титан, който е много труден за работа. За струговане на легирани стомани са подходящи полусинтетични охлаждащи течности, за хонинговане и шлайфане на чугун - течност без минерални масла. Има и универсални материали, които са много полезни за използване, ако естеството на металообработката непрекъснато се променя.

Най-оптималният начин за подаване на охлаждаща течност при работа с твърди метали се счита за високо налягане, при което течността се подава в тънка струя към задната стена на инструмента. Също толкова ефективни са пулверизирането на течности и охлаждането с въглероден диоксид. Всичко това позволява да се увеличи живота на инструмента и да се подобри качеството на обработката.

изисквания към оборудването

Оборудването за обработка на твърди метали е много различно от стандартните металорежещи машини. Тези модели са различни:

повишена твърдост на всички механизми;
устойчивост на вибрации;
голяма мощ;
наличието на канали за отстраняване на чипове;
специални места за кацане за фиксиране на къс инструмент.

Твърдите метали и сплави са устойчиви на износване материали, които могат да запазят своите характеристики при повишени температури (900-1100 градуса). Те са познати на човека от повече от сто години.

основни характеристики

Твърдите сплави се произвеждат главно на базата на хром, тантал, титан, волфрам с добавяне на различни количества никел или кобалт. В производството се използват издръжливи карбиди, които не подлежат на разлагане и разтваряне при високи температури. Твърдият метал може да бъде отлят или синтерован. Карбидите са крехки. В тази връзка, за да се образува твърд материал, техните зърна се свързват с подходящи метали. Последните са желязо, кобалт, никел.

Отливни връзки

Твърдосплавният инструмент, получен по този метод, се характеризира с висока устойчивост на абразия от материала на детайла и низходящите чипове. Те не губят своите характеристики при температура на нагряване от 750 до 1100 градуса. Установено е, че продуктите, произведени чрез топене или леене с добавяне на килограм волфрам, могат да обработват пет пъти повече материал от предмети от бързорежеща стомана със същото съдържание на W. Един от недостатъците на такива съединения е тяхната крехкост. С намаляване на дела на кобалта в състава, той се увеличава. Скоростта, която имат твърдосплавните фрези е 3-4 пъти по-висока от тази на стоманата.

Спечени материали

Те включват подобна на метал връзка, свързана със сплав или метал. Като основа, като правило, се използва титанов или волфрамов карбид (включително комплекс), както и тантал, титанов карбид. По-рядко в производството се използват бориди. Матрицата за задържане на зърната на материала е свързващо вещество - сплав или метал. По правило това е кобалт. Това е въглеродно неутрален елемент. Кобалтът не образува собствени карбиди и не разрушава други. По-рядко никелът и неговата комбинация с молибден се използват в пакет.

Сравнителна характеристика

Спечените материали се получават по прахообразен метод. Обработката на твърди сплави от този тип се извършва само чрез смилане или чрез физични и химични методи (лазер, ецване в киселини, ултразвук и др.). Лятите продукти се подлагат на закаляване, отгряване, стареене и т.н. Предназначени са за наваряване на инструменти. Прахообразните материали се закрепват чрез запояване или механично.

Класификация

Зависи от съдържанието на кобалт, тантал, волфрам и титанов карбид. В тази връзка разглежданите материали са разделени на три групи. При обозначаване на марки съединения се използват букви:

Волфрамов карбид - "B".
Кобалт - "К".
Титанов карбид - първото "Т".
Танталовият карбид е второто "Т".

Числата след буквите показват приблизителния процент на компонентите. Останалото в съединението (до 100%) е волфрамов карбид. Буквите, посочени в края, показват грануларността на структурата: "B" - голяма, "M" - малка, "OM" - изключително фина. Промишлеността произвежда твърди сплави от степени VK (волфрам), TTK (титан-тантал-волфрам) и TK (титан-волфрам).

Характеристика

Основните свойства на твърдите сплави са тяхната висока якост и устойчивост на износване. В същото време разглежданите материали се характеризират с по-нисък вискозитет и топлопроводимост в сравнение със стоманата. Това трябва да се има предвид при използването на продуктите. Когато избирате твърда сплав, трябва да се придържате към редица препоръки:

Продуктите от волфрам, в сравнение с продуктите от титан-волфрам, се отличават с по-ниска температура на заваряване със стомана. В тази връзка те се използват за работа с чугун, цветни метали и неметални материали.
За стомана е препоръчително да се използват съединения от групата TK.
Карбидният клас TTK има повишена издръжливост и точност. Използва се за работа със стоманени изковки, отливки при неблагоприятни условия.
Финото и фино струговане с малко сечение на стружки се осигурява от твърдосплавни борчета с финозърнеста структура и по-ниско съдържание на кобалт.
При неблагоприятни условия и груба работа с материали с ударно натоварване е препоръчително да се използват съединения с високо съдържание на кобалт. В същото време те трябва да имат едрозърнеста структура.
Довършителната и груба обработка в непрекъснатия процес на рязане се извършват предимно със съединения със средно процентно съдържание на кобалт.

Прахообразни материали

Те са представени от две групи: съдържащи и несъдържащи волфрам. В първия случай твърдата сплав е представена под формата на смес от технически прах W и фероволфрам с карбуризиращи компоненти. Произведен е в СССР. Тази твърда сплав се нарича "вокар". Процесът на производство на материала е както следва:

Фероволфрам с висок процент и технически W на прах се смесват със смлян кокс, сажди и други подобни компоненти.
Получената маса се омесва върху захарен сироп или смола на гъста паста.
Сместа се пресова на брикети, които се изпичат леко. Това е необходимо за отстраняване на летливи съединения.
След изпичане брикетите се смилат и пресяват.

По този начин готовият материал има вид на крехки черни зърна. Размерът им е 1-3 мм. Отличителна чертана такива материали е голямото им обемно тегло.

сталинит

Тази твърда сплав не съдържа волфрам, което я прави евтин материал. Той също е изобретен през съветски годинии се използва широко в индустрията. Както показа практиката, въпреки факта, че тази твърда сплав не съдържа волфрам, тя има висока механични характеристики, в повечето случаи задоволително Технически изисквания. Сталинитът има значителни предимства пред волфрамовите материали. На първо място, това е ниска (1300-1350 градуса) точка на топене. Волфрамовите материали се променят само от 2700 градуса. Температурата на топене от 1300-1350 градуса значително улеснява наваряването, повишава неговата производителност. Като основа на сталинита се използва смес от евтини прахообразни феросплави, фероманган и ферохром. Производството на този материал е подобно на производствения процес за волфрамови съединения. Сталинитът съдържа 16-20% хром, 13-17% манган.

Приложение

В съвременната индустрия твърдите сплави се използват широко. В същото време материалите непрекъснато се подобряват. Развитието на този производствен сектор се осъществява в две посоки. На първо място, съставът на сплавите се подобрява, технологията на тяхното производство се подобрява. Освен това се въвеждат иновативни методи за прилагане на съединения към продукти. Твърдосплавните инструменти допринасят за значително повишаване на производителността на труда. Това се осигурява от висока устойчивост на износване и устойчивост на топлина на продуктите. Такива характеристики ви позволяват да работите при скорости 3-5 пъти по-високи от тези за стомана. Такива предимства, например, имат модерни бурове. Карбидните материали, произведени с помощта на съвременни технологии (електрохимични и електрофизични методи), включително използването на диамантени заготовки, днес са едни от най-търсените в индустрията.

Разработки

Днес в местната индустрия се провеждат различни проучвания, включително задълбочен анализ на възможността за подобряване на характеристиките на твърдите сплави. Те засягат основно гранулометричните и химичен съставматериали.

Като доста успешен пример през последните няколко години могат да се посочат съединения от групата TSN. Такива сплави са специално проектирани за фрикционни възли, работещи в агресивна киселинна среда. Тази група продължава да разработва нови съединения в групата VN, предложена от All-Russian NIITS.

По време на изследването беше установено, че с намаляване на размера на зърното на карбидната фаза, такива характеристики като якост и твърдост на сплавите значително се увеличават. Използването на технологии за регулиране и плазмена редукция на гранулометричния състав днес позволява да се произвеждат материали с размер на фракцията под микрон. Сплавите на марката TSN днес се използват широко в производството на възли за нефт и газ и химически помпи.

Руска индустрия

Едно от водещите предприятия в областта на производството и научното развитие е Кировоградският завод за твърди сплави. KZTS има обширна собствен опитза въвеждането на иновативни технологии в производството. Това му позволява да заеме първите позиции на индустриалния пазар на Русия. Фирмата е специализирана в производството на синтеровани твърдосплавни инструменти и изделия, метални прахове. Емисията е създадена от януари 1942 г. В края на 90-те години компанията е модернизирана. През последните няколко години Кировоградският завод за твърди сплави съсредоточи дейността си върху производството на подобрени многопластови устойчиви на износване многопластови устойчиви на износване сменяеми вложки. Компанията разработва и нови композиции без волфрам.

Заключение

Много положителни преживявания индустриални предприятияпредполага, че в близко бъдеще сплавите без волфрам не само ще станат още по-популярни, но и ще могат да заменят други материали, използвани за производството на продукти за щамповане и рязане, машинни елементи, които работят в трудни условия, приспособления и инструментална екипировка. Днес вече е създадена цяла група съединения на базата на карбонитрид и титанов карбид. Те се използват в много индустриални области. Широко разпространени, по-специално, твърди сплави TV4, LCK20, KTN16, TN50, TN20. Новите разработки включват материали от групите тантал TaC, ниобий NbC, хафний HfC, титан TiC. Пускането на инструменти, използващи тези сплави, позволява да се замени волфрамът със сравнително евтини добавки, като по този начин се разширява гамата от използвани суровини. Това от своя страна осигурява производството на продукти със специфични свойства и по-високи експлоатационни характеристики.