V závislosti od požiadaviek na konečný produkt sa tepelné spracovanie uskutočňuje rôznymi metódami.
Procesy sušenia používa sa pri výrobe finálnych medziproduktov vo forme granúl, brikiet, ako aj na dehydratáciu roztokov, kalov a suspenzií; následným sušením, vypaľovaním alebo spekaním granulovaného alebo tvarovaného materiálu sa získa konečný produkt. V týchto prípadoch sú vzory prenosu tepla a hmoty rovnaké ako pri hlavnom technologických procesov sušenie v chemický priemysel a pri výrobe stavebných materiálov.
IN proces spekania aglomeráty a lisované polotovary, častice prášku sú spojené do monolitického polykryštalického pevného telesa s vlastnosťami blízkymi kompaktnému materiálu. Proces tepelného spracovania pozostáva z dvoch etáp.
Prvý stupeň - odstránenie technologického spojiva - nastáva pri teplotách vyparovania a tavenia spojiva a končí pri teplote, pri ktorej sa častice prášku začínajú spekať. Druhý stupeň - spekanie - začína pri teplote zodpovedajúcej vzájomnej adhézii častíc k sebe a pokračuje až do teploty získania monolitického telesa, ktorá je približne 0,8 teploty tavenia keramického materiálu. Spôsob vypaľovania sa volí na základe chemického rozloženia veľkosti častíc a veľkosti častíc vsádzky z odpadu, spôsobu tvarovania alebo lisovania, ako aj veľkosti a typu produktu.
Pri spekaní je počiatočná náplň (tvarovaná alebo lisovaná) termodynamicky nestabilným disperzným systémom s veľkou rezervou voľnej energie.
Proces spekania možno podmienečne rozdeliť do troch etáp.
V prvej fáze je hnacou silou prebytočná voľná povrchová energia jemných častíc, ktorá má tendenciu stláčať obrobok vplyvom vznikajúceho tlaku a zmenšovať jeho voľný povrch. Častice kĺžu pozdĺž hraníc zŕn, čo vedie k zhutneniu obrobku a jeho zmršteniu.
V druhom stupni sa častice vypaľujú v miestach kontaktov vytvorených v prvom stupni. Počas vypaľovania sa kontakty medzi časticami rozširujú a tvar a veľkosť pórov sa neustále mení. Kinetika tohto procesu je určená rýchlosťou viskózneho toku média, v ktorom sa nachádzajú póry. V tomto štádiu je viskózny tok média určený mechanizmom povrchovej difúzie atómov cez povrchy spekaných častíc do oblasti kontaktnej úžiny.
V tretej fáze zostanú v spekacom telese len uzavreté izolované póry a ďalšie zhutnenie je možné len znížením ich počtu a objemu (proces hojenia). Záverečná fáza spekania je najdlhšia.
pyrolýzny proces nachádza uplatnenie pri spracovaní odpadového dreva, plastov, výrobkov z gumy, TKO a kalov z rafinácie ropy a je procesom rozkladu odpadového dreva, iných rastlinných materiálov pri ich zahriatí na teplotu 450-1050°C bez prístupu vzduchu. V tomto prípade vznikajú plynné a kvapalné produkty, ako aj pevné uhlie.
rodný zvyšok ( drevené uhlie pri spracovaní dreva, sadze pri recyklácii pneumatík).
V závislosti od teploty ohrevu sa pyrolýzne zariadenia delia na nízkoteplotné (450-500 ° C), vyznačujúce sa minimálnym výkonom plynu, maximálnym množstvom živíc, olejov a pevných zvyškov; stredná teplota (do 800 °C) so zvýšenou výťažnosťou pyrolýzneho plynu a zníženou výťažnosťou živíc a olejov; vysokoteplotné (nad 800 °C) s maximálnou výťažnosťou plynov a minimom živicových produktov.
Vysoké teploty zintenzívňujú likvidáciu odpadu. Rýchlosť reakcií sa zvyšuje exponenciálne so zvyšujúcou sa teplotou, zatiaľ čo tepelné straty rastú lineárne. V tomto prípade dochádza k úplnejšiemu výťažku prchavých produktov a znižuje sa objem výsledného pevného zvyšku. Počas pyrolýzy je teplotný rozsah 1050-1400 °C nežiaduci, pretože vedie k tvorbe trosiek, najmä v TKO.
Proces pyrolýzy sa uskutočňuje v peciach s periodickou alebo kontinuálnou prevádzkou rôznych konštrukcií (komora, tunel, šachta, s pohyblivými vrstvami) s vonkajším a vnútorným ohrevom. V počiatočnom štádiu so zvýšením teploty dochádza k endotermickým procesom. Pri zahriatí dreva alebo iného rastlinného odpadu na 150 °C sa odstráni vlhkosť a pri teplotách 170 – 270 °C sa tvoria plyny CO a CO 2 a malé množstvá metylalkoholu a kyseliny octovej. Pri 270-280 °C začínajú exotermické premeny. Znižuje sa výdaj nekondenzovateľných plynov, ako sú CO a CO 2 a zároveň výdaj iných plynných a parných látok (CH 4, C 2 H 4, H 2), ako aj metylalkoholu a kyseliny octovej. , zvyšuje. Rýchlosť procesu je ovplyvnená veľkosťou kusov spracovávaného odpadu, ich vlhkosťou a teplotou.
Plyny opúšťajúce pec sa ochladzujú a uvoľňujú z nich cenné zložky. Výsledné drevené uhlie sa používa pri výrobe aktívneho uhlia, čierneho prášku a iných procesoch.
Špičkové technológie a náročný proces, ktorá si vyžaduje špeciálne vybavenie a špeciálne nástroje. Je to spôsobené tým, že takéto zliatiny majú vysokú elasticitu a pevnosť, a preto silne odolávajú rezaniu, vŕtaniu, brúseniu a inému obrábaniu. Kvalita zodpovedajúceho procesu zároveň do značnej miery závisí od vlastností kovu a správneho výberu rezného nástroja.
Vlastnosti karbidu
Medzi ťažko obrobiteľné kovy patria žiaruvzdorné a nehrdzavejúce ocele a zliatiny. Tieto materiály sú pevným roztokom austenitickej triedy, takže majú také vlastnosti, ako je vysoká odolnosť proti korózii, schopnosť pracovať v namáhanom stave po dlhú dobu a odolnosť proti chemickému zničeniu. Okrem toho majú niektoré typy týchto kovov vysoko rozptýlenú štruktúru. Vďaka tomu k procesu kĺzania prakticky nedochádza.
Spracovanie je komplikované aj z nasledujúcich dôvodov:
- pri rezaní sa materiál vytvrdzuje;
- zliatiny tejto povahy majú nízku tepelnú vodivosť, a preto sa kontaktná časť obrobku a nástroja začnú zadrhávať;
- pôvodná pevnosť je zachovaná aj pri veľmi vysoká teplota;
- vysoká obrusovacia schopnosť zliatin vedie k tvorbe inklúzií, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú nástroj;
- odolnosť kovov voči vibráciám je určená nerovnomerným priebehom procesu rezania, čo znamená, že nebude fungovať na získanie požadovanej kvality spracovania.
Výber nástroja
Aby sa predišlo všetkým vyššie popísaným problémom a vykonalo sa kvalitné spracovanie tvrdých zliatin, je potrebné v prvom rade zvoliť správny nástroj. Musí byť vyrobený z kovu, ktorý má vyššie rezné vlastnosti ako obrobok. Odborníci zároveň odporúčajú používať na predúpravu tvrdokovové frézy a na konečnú úpravu vysokorýchlostné frézy. Posledne uvedené zahŕňajú ocele triedy R14F4, R10K5F5, R9F5, R9K9.
Na výrobu nástrojov z karbidových kovov sa používajú tri typy zliatin:
- T30K4, T15K6, VKZ - odolné proti opotrebovaniu;
- T5K7, T5K10 - vyznačujú sa vysokou viskozitou;
- VK6A, VK8 - sú necitlivé na otrasy, majú najmenšiu odolnosť voči opotrebovaniu.
Na vytvrdenie nástrojov a zlepšenie ich výkonu sa dodatočne aplikuje druhá vrstva karbidového kovu, kyanidácia, chrómovanie a plátovanie.
chladiaca kvapalina
Správny výber chladiacich kvapalín a spôsob ich aplikácie je nemenej dôležitým procesom, ak je potrebné obrábať tvrdé zliatiny. Na vŕtanie odborníci odporúčajú používať materiály na minerálnej báze. Zvyšujú produktivitu najmä pri práci s titánom, s ktorým sa veľmi ťažko pracuje. Na sústruženie legovaných ocelí sú vhodné polosyntetické chladiace kvapaliny, na honovanie a brúsenie liatiny - kvapalina bez minerálnych olejov. Existujú aj univerzálne materiály, ktoré je veľmi výhodné použiť, ak sa charakter spracovania kovov neustále mení.
Za najoptimálnejší spôsob prívodu chladiacej kvapaliny pri práci s tvrdými kovmi sa považuje vysokotlakový, pri ktorom sa kvapalina privádza tenkým prúdom k zadnej stene nástroja. Rovnako účinné sú rozprašovanie kvapaliny a chladenie oxidom uhličitým. To všetko umožňuje zvýšiť životnosť nástroja a zlepšiť kvalitu spracovania.
požiadavky na vybavenie
Zariadenia na opracovanie tvrdých kovov sa veľmi líšia od štandardných obrábacích strojov. Tieto modely sa líšia:
- zvýšená tuhosť všetkých mechanizmov;
- odolnosť proti vibráciám;
- veľká sila;
- prítomnosť kanálov na odstraňovanie triesok;
- špeciálne pristávacie miesta na upevnenie krátkeho nástroja.
Tvrdé kovy a zliatiny sú materiály odolné voči opotrebovaniu, ktoré si môžu zachovať svoje vlastnosti pri zvýšených teplotách (900-1100 stupňov). Sú známe človeku už viac ako sto rokov.
všeobecné charakteristiky
Tvrdé zliatiny sa vyrábajú najmä na báze chrómu, tantalu, titánu, volfrámu s prídavkom rôzneho množstva niklu alebo kobaltu. Pri výrobe sa používajú odolné karbidy, ktoré nepodliehajú rozkladu a rozpúšťaniu pri vysokých teplotách. Tvrdokov môže byť odlievaný alebo spekaný. Karbidy sú krehké. V tomto ohľade na vytvorenie pevného materiálu sú ich zrná spojené vhodnými kovmi. Posledné sú železo, kobalt, nikel.
Cast pripojenia
Tvrdokovový nástroj získaný touto metódou sa vyznačuje vysokou odolnosťou proti oderu materiálom obrobku a zostupnými trieskami. Nestrácajú svoje vlastnosti pri teplote ohrevu 750 až 1100 stupňov. Zistilo sa, že výrobky vyrobené tavením alebo odlievaním s prídavkom kilogramu volfrámu dokážu spracovať päťkrát viac materiálu ako predmety z rýchloreznej ocele s rovnakým obsahom W. Jednou z nevýhod takýchto zlúčenín je ich krehkosť. S poklesom podielu kobaltu v kompozícii sa zvyšuje. Rýchlosť tvrdokovových fréz je 3-4 krát vyššia ako rýchlosť ocele.
Spekané materiály
Zahŕňajú spoj podobný kovu spojený zliatinou alebo kovom. Ako základ sa spravidla používa titán alebo karbid volfrámu (vrátane komplexu), ako aj tantal, karbid titánu. Menej často sa pri výrobe používajú boridy. Matricou na uchytenie zŕn materiálu je spojivo – zliatina alebo kov. Spravidla je to kobalt. Ide o uhlíkovo neutrálny prvok. Kobalt nevytvára vlastné karbidy a neničí ostatné. Menej často sa vo zväzku používa nikel a jeho kombinácia s molybdénom.
Porovnávacie charakteristiky
Spekané materiály sa získavajú práškovou metódou. Spracovanie tvrdých zliatin tohto typu sa vykonáva iba brúsením alebo fyzikálnymi a chemickými metódami (laser, leptanie v kyselinách, ultrazvuk atď.). Liate výrobky sa podrobujú vytvrdzovaniu, žíhaniu, starnutiu atď. Sú určené na naváranie nástrojov. Práškové materiály sa pripevňujú spájkovaním alebo mechanicky.
Klasifikácia
Závisí od obsahu karbidov kobaltu, tantalu, volfrámu a titánu. V tomto ohľade sú posudzované materiály rozdelené do troch skupín. Pri označovaní značiek zlúčenín sa používajú písmená:
- Karbid volfrámu - "B".
- Kobalt - "K".
- Karbid titánu - prvé "T".
- Karbid tantalu je druhé „T“.
Čísla za písmenami označujú približné percento zložiek. Zvyšok v zlúčenine (až 100 %) je karbid volfrámu. Písmená uvedené na konci označujú zrnitosť štruktúry: "B" - veľké, "M" - malé, "OM" - extra jemné. Priemysel vyrába tvrdé zliatiny akosti VK (volfrám), TTK (titán-tantal-volfrám) a TK (titán-volfrám).
Vlastnosti
Hlavnými vlastnosťami tvrdých zliatin je ich vysoká pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Uvažované materiály sa zároveň vyznačujú nižšou viskozitou a tepelnou vodivosťou v porovnaní s oceľou. Toto je potrebné vziať do úvahy pri používaní produktov. Pri výbere tvrdej zliatiny musíte dodržiavať niekoľko odporúčaní:
- Volfrámové výrobky sa v porovnaní s titánovo-volfrámovými výrobkami vyznačujú nižšou teplotou zvariteľnosti s oceľou. V tomto ohľade sa používajú na prácu s liatinou, neželeznými kovmi a nekovovými materiálmi.
- Pre oceľ je vhodné použiť zlúčeniny skupiny TC.
- Karbid TTK má zvýšenú húževnatosť a presnosť. Používa sa na prácu s oceľovými výkovkami, odliatkami v nepriaznivých podmienkach.
- Jemné a jemné sústruženie s malým úsekom triesky zabezpečujú tvrdokovové frézy s jemnozrnnou štruktúrou a nižším obsahom kobaltu.
- Pri nepriaznivých podmienkach a hrubej práci s materiálmi s rázovým zaťažením je vhodné použiť zlúčeniny s vysokým obsahom kobaltu. Zároveň by mali mať hrubozrnnú štruktúru.
- Dokončovanie a hrubovanie v procese kontinuálneho rezania sa vykonáva hlavne zlúčeninami s priemerným percentom kobaltu.
Práškové materiály
Sú zastúpené dvoma skupinami: obsahujúce a neobsahujúce volfrám. V prvom prípade je tvrdá zliatina prezentovaná vo forme zmesi technického práškového W a ferowolfrámu s nauhličovacími zložkami. Bol vyrobený v ZSSR. Táto tvrdá zliatina sa nazýva "vokar". Výrobný proces materiálu je nasledujúci:
- Vysokopercentný ferowolfrám a technický práškový W sa zmiešajú s mletým koksom, sadzami a inými podobnými zložkami.
- Výsledná hmota sa miesi na cukrovom sirupe alebo živici na hustú pastu.
- Zmes sa lisuje do brikiet, ktoré sa ľahko vypaľujú. To je potrebné na odstránenie prchavých zlúčenín.
- Po vypálení sa brikety pomelú a preosejú.
Hotový materiál tak má vzhľad krehkých čiernych zŕn. Ich veľkosť je 1-3 mm. Výrazná vlastnosť takýchto materiálov je ich veľká objemová hmotnosť.
stalinit
Táto tvrdá zliatina neobsahuje volfrám, čo z nej robí lacný materiál. Bol vynájdený aj v r Sovietske roky a je široko používaný v priemysle. Ako ukázala prax, napriek tomu, že táto tvrdá zliatina neobsahuje volfrám, má vysoký mechanické vlastnosti, vo väčšine prípadov uspokojivé technické požiadavky. Stalinit má oproti volfrámovým materiálom značné výhody. V prvom rade je to nízky (1300-1350 stupňov) bod topenia. Volfrámové materiály sa menia iba od 2700 stupňov. Teplota topenia 1300-1350 stupňov výrazne uľahčuje naváranie, zvyšuje jeho produktivitu. Ako základ stalinitu sa používa zmes lacných práškových ferozliatin, feromangánu a ferochrómu. Výroba tohto materiálu je podobná procesu výroby zlúčenín volfrámu. Stalinit obsahuje 16-20% chrómu, 13-17% mangánu.
Aplikácia
V modernom priemysle sú tvrdé zliatiny široko používané. Materiály sa zároveň neustále zdokonaľujú. Rozvoj tohto výrobného odvetvia sa uskutočňuje dvoma smermi. V prvom rade sa zlepšujú zloženie zliatin, zlepšuje sa technológia ich výroby. Okrem toho sa zavádzajú inovatívne metódy aplikácie zlúčenín na produkty. Karbidové nástroje prispievajú k výraznému zvýšeniu produktivity práce. To je zabezpečené vysokou odolnosťou výrobkov proti opotrebovaniu a tepelnou odolnosťou. Takéto vlastnosti vám umožňujú pracovať pri rýchlostiach 3-5 krát vyšších ako pri oceli. Takéto výhody majú napríklad moderné otrepy. Karbidové materiály vyrábané pomocou pokročilých technológií (elektrochemické a elektrofyzikálne metódy), vrátane použitia diamantových polotovarov, sú dnes jedny z najžiadanejších v priemysle.
Vývoj
Dnes sa v domácom priemysle vykonávajú rôzne štúdie vrátane hĺbkovej analýzy možnosti zlepšenia vlastností tvrdých zliatin. Týkajú sa najmä granulometrickej a chemické zloženie materiálov.
Ako pomerne úspešný príklad za posledných niekoľko rokov možno uviesť zlúčeniny skupiny TSN. Takéto zliatiny sú špeciálne navrhnuté pre trecie jednotky pracujúce v agresívnom kyslom prostredí. Táto skupina pokračuje vo vývoji nových zlúčenín v skupine VN navrhnutej All-Russian NIITS.
Počas výskumu sa zistilo, že s poklesom zrnitosti karbidovej fázy výrazne narastajú také charakteristiky ako pevnosť a tvrdosť zliatin. Použitie technológií na reguláciu a plazmové znižovanie distribúcie veľkosti častíc dnes umožňuje vyrábať materiály s veľkosťou frakcie menšou ako mikrón. Zliatiny značky TSN sú dnes široko používané pri výrobe zostáv ropných a plynových a chemických čerpadiel.
ruský priemysel
Jedným z popredných podnikov pôsobiacich v oblasti výroby a vedeckého rozvoja je Kirovograd Hard Alloy Plant. KZTS má rozsiahlu vlastnú skúsenosť o zavádzaní inovatívnych technológií vo výrobe. To mu umožňuje zaujať prvé pozície na priemyselnom trhu Ruska. Firma sa špecializuje na výrobu spekaných tvrdozliatinových nástrojov a výrobkov, kovových práškov. Vydanie je založené od januára 1942. Koncom 90. rokov bola spoločnosť modernizovaná. V priebehu niekoľkých posledných rokov zameral závod na výrobu tvrdých zliatin Kirovograd svoje aktivity na výrobu vylepšených viacvrstvových vymeniteľných doštičiek odolných voči opotrebeniu. Spoločnosť tiež vyvíja nové bezwolfrámové kompozície.
Záver
Veľa pozitívnych skúseností priemyselné podniky naznačuje, že v blízkej budúcnosti sa bezwolfrámové zliatiny nielen stanú ešte obľúbenejšími, ale budú tiež schopné nahradiť iné materiály používané na výrobu lisovacích a rezacích výrobkov, strojných prvkov, ktoré pracujú v náročných podmienkach, upínacích prípravkov a nástrojov. Dnes je už vytvorená celá skupina zlúčenín na báze karbonitridu a karbidu titánu. Používajú sa v mnohých priemyselných oblastiach. Rozšírené sú najmä tvrdé zliatiny TV4, LCK20, KTN16, TN50, TN20. Nový vývoj zahŕňa materiály skupín tantalu TaC, nióbu NbC, hafnia HfC, titánu TiC. Uvoľnenie nástrojov pomocou týchto zliatin umožňuje nahradiť volfrám relatívne lacnými prísadami, čím sa rozširuje rozsah používaných surovín. To zase zabezpečuje výrobu produktov so špecifickými vlastnosťami a vyšším výkonom.
