Μάθημα : Τεχνολογία μηχανολογικών κατασκευών (Ε)

Τυποποίηση των μηχανουργικών υλικών
Η ραγδαία εξέλιξη και πρόοδος της ανθρωπότητας, ως συνέπεια της βιομηχανικής ανάπτυξης, έχουν στρέψει ένα μέρος της επιστημονικής έρευνας στη βελτίωση των υπαρχόντων υλικών καθώς επίσης και στη δημιουργία νέων.

Μηχανικές ιδιότητες

α) Η ελαστικότητα. Oνομάζουμε την ικανότητά του να επανέρχεται στις αρχικές του διαστάσεις, όταν οι δυνάμεις που προκάλεσαν την αλλαγή των διαστάσεών του παύσουν να επενεργούν.

β) Η πλαστικότητα. Eίναι λοιπόν η ικανότητα των υλικών να παραμορφώνονται μόνιμα κάτω απ’ την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων, χωρίς όμως να θραύονται.

γ) Η σκληρότητα. Σκληρότητα ονομάζουμε το μέτρο της ικανότητας ενός υλικού, μεταλλικού ή όχι, να αντέχει στη φθορά και στη διείσδυση άλλων υλικών. Ο βαθμός σκληρότητας εξακριβώνεται σε εργαστήρια δοκιμών αντοχής υλικών με τη βοήθεια διαφόρων μηχανικών μέσων.

Οι κυριώτερες μέθοδοι σκληρομέτρησης είναι οι εξής:
1. Η μέθοδος Brinell
2. Η μέθοδος Vickers
3. Η μέθοδος Rockwell.

δ) Ελατότητα. Η ιδιότητα των υλικών και ιδιαιτέρως των μεταλλικών υλικών να αυξάνεται η επιφάνειά τους με σφυρηλάτηση, άσκηση πίεσης ή κυλινδροποίηση, χωρίς να υφίσταται ραγάδες, ονομάζεται ελατότητα.

ε) Ολκιμότητα. Ενα υλικό χαρακτηρίζεται ως όλκιμο, όταν εφελκυόμενο επιμηκύνεται, ενώ ταυτόχρονα ελαττώνεται το εμβαδόν της διατομής του, χωρίς όμως να θραύεται.

στ) Δυσθραυστότητα - Ευθραυστότητα. Δυσθραυστότητα ονομάζεται η ιδιότητα ενός υλικού να δέχεται απότομες φορτίσεις χωρίς να θραύεται.
Ευθραυστότητα ονομάζεται η ιδιότητα ενός υλικού να θραύεται μετά από απότομη φόρτιση, χωρίς να υποστεί μόνιμη παραμόρφωση.
Τα πιο εύθραυστα μεταλλικά υλικά είναι ο χυτοσίδηρος και το αντιμόνιο, καθώς επίσης και οι χάλυβες που έχουν υποστεί θερμική επεξεργασία ολικής σκλήρυνσης.

Τεχνολογικές ιδιότητες των μηχανουργικών υλικών είναι:

α. Χυτευτικότητα. Ονομάζεται ο βαθμός ευκολίας που παρουσιάζουν τα μεταλλικά υλικά στη χύτευσή τους σε διάφορα γεωμετρικά σχήματα, πολλές φορές πολύπλοκα.

β. Σφυρηλατικότητα: Ονομάζεται η ιδιότητα που έχουν ορισμένα μεταλλικά υλικά να μορφοποιούνται με σφυρηλάτηση. Η ικανότητα σφυρηλάτησης των υλικών βελτιώνεται, όταν θερμανθούν. Διακρίνουμε συνεπώς:
α) Σφυρηλάτηση του μεταλλικού υλικού σε θερμή κατάσταση.
β) Σφυρηλάτηση του μεταλλικού υλικού σε ψυχρή κατάσταση.

γ. Συγκολλητικότητα. Η ιδιότητα που έχουν ορισμένα μεταλλικά υλικά να συγκολλούνται με ευκολία, καλείται συγκολλητικότητα. Οι σημαντικότεροι παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν τη συγκολλητικότητα των υλικών, είναι οι εξής:

• Η χημική τους σύσταση.
• Το σημείο τήξης τους.
• Η θερμική τους αγωγιμότητα.
• Η θερμική τους διαστολή.

δ. Κατεργασιμότητα. Ονομάζεται η ιδιότητα των μεταλλικών ή άλλων υλικών να μορφοποιούνται με μηχανικές κατεργασίες κοπής στις διάφορες εργα- λειομηχανές και να αποκτούν καλή τελική επιφάνεια (καλή ποιότητα επιφάνειας αποπεράτωσης). Η κατεργασία υλικών υψηλού βαθμού κατεργασιμότητας χαρακτηρίζεται από:
• Μεγάλη διάρκεια ζωής του κοπτικού εργαλείου
• Καλή ποιότητα της επιφάνειας κατεργασίας.
• Ελαττωμένη κατανάλωση ενέργειας κατά την αφαίρεση υλικού στη διάρκεια της κατεργασίας.

ΣΚΛΗΡΥΝΣΗ ΚΑΙ ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Σκλήρυνση (βαφή) ονομάζεται η θερμική επεξεργασία στην οποία υποβάλλονται διάφορα στοιχεία μηχανών, εργαλεία καθώς επίσης και μεταλλικά υλικά για ν’ αυξηθεί ο βαθμός σκληρότητάς τους. Η σκλήρυνση επιτυγχάνεται σε δύο στάδια:

1. Ομοιόμορφη θέρμανση του στοιχείου σε καθορισμένη θερμοκρασία, η οποία καλείται θερμοκρασία σκλήρυνσης και η οποία εξαρτάται από το ποσοστό περιεκτικότητας του κράματος του στοιχείου σε άνθρακα.

2. Απότομη απόψυξη από τη θερμοκρασία σκλήρυνσης.

Η μέτρηση της θερμοκρασίας σκλήρυνσης γίνεται με όργανα, τα οποία καλούνται πυρόμετρα. Τα συνηθέστερα μέσα απόψυξης απ’ τη θερμοκρασία σκλήρυνσης (για τα κράματα του χάλυβα) είναι:

□ Νερό σε θερμοκρασία περιβάλλοντος (20-40° C).
□ Ορυκτέλαιο.
□ Αέρας.

Άλλα μέσα απόψυξης των χαλυβοκραμάτων κατά την επεξεργασία ολικής σκλήρυνσης είναι:

• Νερό με σαπούνι.
• Πετρέλαιο.
• Νερό με ασβέστιο.
• Νερό με αλάτι.

Μορφές σκλήρυνσης

α. Ολική σκλήρυνση. Είναι η θερμική επεξεργασία η οποία έχει ως σκοπό την ομοιόμορφη αύξηση του βαθμού σκληρότητας σε όλη τη μάζα ενός μεταλλικού υλικού.

Β. Επιφανειακή σκλήρυνση (βαφή) χάλυβα. Είναι η θερμική επεξεργασία η οποία στοχεύει στην αύξηση του βαθμού σκληρότητας της επιφάνειας μέχρι ένα ορισμένο βάθος. Αυτό το βάθος κυμαίνεται από 0.1 - 1.2 mm.
Η επιφανειακή σκλήρυνση (βαφή) επιτυγχάνεται με τις ακόλουθες μεθόδους:

α) Με την ενανθράκωση, κατά την οποία η επιφανειακή στιβάδα του φτωχού σε άνθρακα χάλυβα ενισχύεται με άτομα άνθρακα. Η σειρά των θερμικών επεξεργασιών που ακολουθούν την ενανθράκωση είναι:

1. Θέρμανση του στοιχείου στους 870° C και απότομη απόψυξη.
2. Αναθέρμανση ολόκληρου του τεμαχίου σε θερμοκρασία 780° C και στη συνέχεια απότομη απόψυξη.

6) Με την εναζώτωση, μία θερμοχημική κατεργασία κατά την οποία προσθέτουμε άζωτο στο αντικείμενο, επιφανειακά. Εφαρμόζεται σε αντικείμενα που είναι κατασκευασμένα από ειδικό χάλυβα εναζώτωσης και δεν απαιτεί πρόσθετες θερμικές κατεργασίες. Κατά την εναζώτωση το αντικείμενο θερμαίνεται στον κλίβανο με αέριο αμμωνίας σε θερμοκρασία 500 - 550° C.

Γ. Επαναφορά. Η επαναφορά είναι μία θερμική επεξεργασία στην οποία υποβάλλεται κάθε αντικείμενο μετά την ολική σκλήρυνση. Κατά τη διαδικασία της επαναφοράς το αντικείμενο θερμαίνεται σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία (θερμοκρασία επαναφοράς) και στη συνέχεια ψύχεται χωρίς να ενδιαφέρει η ταχύτητα απόψυξης.
Η επαναφορά του χάλυβα έχει ως αποτέλεσμα την απαλλαγή του από 30 Τεχνολογία Μηχανολογικών Κατασκευών
εσωτερικές τάσεις και την αύξηση του βαθμού δυσθραυστότητάς του, χωρίς να μειώνεται ο βαθμός σκληρότητας που έχει ήδη αποκτήσει.

α) Χρωματισμοί σκλήρυνσης του χάλυβα

β) Χρωματισμοί επαναφοράς του χάλυβα