Металлы и их свойства
Металлы и классы конструкционных материалов, характеризующиеся определённым набором свойств: пластичность, теплопроводность и электропроводность. Классификация возможных видов кристаллических решеток. Коэффициент металла по критериям его прочности.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.09.2011 |
| Размер файла | 567,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
Задание 1
Задание 2
Задание 3
Задание 4
Задание 5
Задание 6
Список использованной литературы
Задание 1
Условие: начертите диаграмму состояния железо-карбид железа , укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы ,опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава , содержащего 5,8% углерода. Какова структура этого сплава при комнатной температуре после медленного охлаждения и как этот сплав называется ?
Решение:
В огромном ряду материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни и деятельности, металлы всегда занимали особое место.
Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике.
Причина этого - в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других материалов и делающих во многих случаях незаменимыми.
Металлы - один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определённым набором свойств:
«металлический блеск» (хорошая отражательная способность);
пластичность;
высокая теплопроводность;
высокая электропроводность.
Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объёму металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.
Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».
Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определённым порядком - периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решётка.
Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.
Элементарная ячейка - элемент объёма из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.
Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются: размеры рёбер элементарной ячейки- a, b, c , периоды решётки-расстояния между центрами ближайших атомов в одном направлении выдерживаются строго определённые углы между осями ().
Координационное число (К)- указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.
Базис- решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.
Плотность упаковки атомов в кристаллической решетке - объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки - 0,68, для гранецентрированной кубической решетки - 0,74)
Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа;
Кубическая (рис. а)- узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;
Объемно-центрированная кубическая ОЦК (рис а) - атомы занимают вершины ячеек и ее центр (V, W, Ti, )
Гранецентрированная кубическая ГЦК (рис. б)- атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней (Ag, Au,Fe)
Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) - имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).
металл кристаллическая решетка конструкционный
Кристаллическая решетка платины ГЦК (рис.б) основные характеристики координатное число 12, базис 4, плотность упаковки атомов в кристаллической решетке -0,74
Расчет базиса: Рассмотрим рисунок б. 8 граней куба элементарной ячейки, каждый атом в вершине куба принадлежит одновременно 8-ми сопряженным элементарным ячейкам и на данную ячейку приходится только 1/8 массы атома, а на всю ячейку 1/8Ч8=1 атом. В плоскостях тоже есть атомы 6 плоскостей каждый атом принадлежит двум элементарным ячейкам. Отсюда базис равен 1+3=4.
Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод.
На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов, на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства.
На диаграмме состояния Fe - С приняты международные обозначения. Сплошными линиями показана диаграмма состояния железо - цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита). Рассматриваемую диаграмму правильнее считать не железоуглеродистой (Fe - С), а железоцементитной (Fe - Fе3С), так как свободного углерода в сплавах не содержится. Но так как содержание углерода пропорционально содержанию цементита, то практически удобнее все изменения структуры сплавов связывать с различным содержанием углерода.
Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные. Основной компонент системы - железо.
Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может образовать химическое соединение - цементит Fе3С или присутствовать в сплавах в виде графита.
В системе железо-цементит (Fe - Fе3С) имеются следующие фазы: жидкий раствор. твердые растворы - феррит и аустенит, а также химическое соединение - цементит.
Феррит (Ф) твёрдый раствор внедрения углерода в бFe кристаллическая решётка ОЦК, может иметь две модификации - высоко- и низкотемпературную. Высокотемпературная модификация в-Fe и низкотемпературная - бFe представляют собой твердые растворы углерода, соответственно, в в- и б-железе.
Предельное содержание углерода в бFe при 723°С -0,02%, а при 20°С - 0,008%. Низкотемпературный феррит бFe по свойствам близок к чистому железу и имеет довольно низкие механические свойства, например, при 0,06% С:
s = 250 МПа;
d =50%;
y= 80%;
твердость - 80...90 НВ.
Аустенит (А) - твердый раствор углерода в г-железе. Предельная растворимость углерода в g-железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160...200 НВ.
Цементит Fе3С - химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% vглерода. Между атомами железа и углерода в цементите действуют металлическая и ковалентная связи. Температура плавления ~1250°С. Цементит является метастабильной фазой; область его гомогенности очень узкая и на диаграмме состояния он изображается вертикалью. Время его устойчивости уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Прочность его i растяжение очень мала (s =40 МПа).
В системе железо - цементит имеются две тонкие механические смеси фаз - эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).
Ледебурит является механической смесью аустенита и цементита, образующихся при 1147°С в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов. Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.
Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе3С (в легированных сталях -карбидов), образующуюся при 723°С и содержании углерода 0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита несколько выше, чем зернистого):
s=800...900 МПа;
d< 16%; НВ 180..,220.
Диаграмма состояния Fe - Fе3С является комбинацией диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий: перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С).
Все линии на диаграмме состояния соответствуют критическим точкам, то есть температурам, при которых происходят фазовые и структурные превращения в железоуглеродистых сплавах.
Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AHJECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус).
В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого раствора и аустенита, а в области CFD - жидкого раствора и цементита. В точке С при содержании 4,3%С и температуре 1147°С происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь ледебурит ЖС(4.47%C) AE(2.14%C)+ЦF(6.67%C), Ж4.3 Л4.3(ледобурит)
Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С (чутуны).
Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,14%С).
В области диаграммы AGSF находится аустенит. При охлаждении сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита AGSФGP , а по линии SE АESЦII.вторичного цементита. Линии GS и PS имеют большое практическое значение для установления режимов термической обработки сталей. Линию GS называют линией верхних критических точек, а линию PS -нижних критических точек.
Линия PQ при охлаждении отвечает температурам начала выделения из феррита цементита третичного в результате уменьшения растворимости С в феррите с понижением температуры при нагреве обратный процесс ФPQ ЦIII.
В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз - феррита и распадющегося аустенита, а в области диаграммы SEE' - смесь вторичного цементита и распадающегося аустенита.
В точке S при содержании 0,8%С и при температуре 727°С весь аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь феррита и цементита - перлит.
Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и образованию перлита
AS(0.8%C) ФP(0.02%C)+ЦК(6Ю67%С)
А(0.8) П(0.8)перлит
В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не происходит.
Структурные превращения в сплавах, находящихся в твердом состоянии, вызваны следующими причинами: изменением растворимости углерода в железе в зависимости от температуры сплава (QP и SE), полиморфизмом железа (PSK) и влиянием содержания растворенного углерода на температуру полиморфных превращений (растворение углерода в железе способствует расширению температурной области существования аустенита и сужению области феррита).
Диаграмма стабильного равновесия Fe - Fе3С, обозначенная на графике пунктиром, отображает возможность образования высокоуглеродистой фазы - графита - на всех этапах структурообразования в сплавах с повышенным содержанием углерода. Диаграмма состояния стабильной системы железо - графит отличается от метастабильной системы железо-цементит только в той части, где в фазовых равновесиях участвует высокоуглеродистая фаза (графит или цементит).
На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны. Условия принятого разграничения - возможность образования ледебурита (предельная растворимость углерода в аустените):
стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита;
чугуны - более 2,14% С, содержат ледебурит.
В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие названия:
менее 0,83 - доэвтектоидные стали;
0,83 - эвтектоидные стали;
0,83...2 - заэвтектоидные стали;
2...4,3 - доэвтектические чугуны;
4,3...6,67 - заэвтектические чугуны.
Сплавляя железо с углеродом и варьируя содержание компонентов, получают сплавы с различными структурой и свойствами.
Доэвтектоидная сталь (0.7%C) отмечаем заданный спав вертикалью I на диаграмме состояния и строим кривую нагрева.
По кривой нагрева мы можем определить какие изменения происходят в сплаве при нагреве до определенной температуры 1600°С. До точки 1 сплав находится в жидком состоянии при 1490 из жидкого состояния начинают выделяться кристаллы аустенита состава 1'
По мере охлаждения в интервале температур 1-2 происходит выделение кристаллов аустенита переменного состава, концентрация которых определяется по линии солидус от точки 1'до точки 2
Жидкая фаза обогащается углеродом концентрация которого меняется по линии ликвидус от 1 до 2', формула Ж12' А1'2. В точке 2 заканчивается первичная кристаллизация и сплав имеет однофазную структуру А аустенит, при понижении температуры до точки 3 начинается вторичная кристаллизация аустенит превращается в феррит по формуле А+Ф34Ф+П при достижении точки 9 состав смеси Ф+П примет эвтектоидную концентрацию точки (S, 0.8%C), и при постоянной температуре будет превращаться в феррит+перлит площадка на кривой. Концентрация фаз Ж2.14+А0.6 ОВКЖ=0.7-0,6/2,14-0,6*100=6,94% овкА=2,14-0,7/2,14-0,6*100=93,5% концентрация углерода в жидкой фазе при температуре 1400?С
2,14% С, твердой фазе 0,6% С
Задание 2
Условие: вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8,нанесите на нее кривую режима изотермической обработки ,обеспечивающей получение твердости 400НВ. Укажите ,как этот режим называется, опишите сущность превращений и какая структура получается после термической обработки.
Решение:
В соответствии с ранее данными определениями фазовой и структурной составляющих системы, в системе железо-углерод к фазовым составляющим относятся: жидкий раствор (L), твердые растворы: феррит (б), аустенит (г) , высокотемпературный феррит (д), а также цементит и графит (Г).
Жидкий раствор в системе железо-углерод представляет собой раствор углерода в расплавленном железе. При температурах значительно выше линии ликвидус (преимущественно выше 1700?С) жидкость является статистически неупорядоченным раствором со статистически плотной упаковкой. При небольшом перегреве выше линии ликвидус жидкий раствор имеет сравнительно регулярное строение. Жидкий раствор, образовавшийся при плавлении д-феррита (до 0,51% углерода), сохраняет ближний порядок по ОЦК-решетке д-железа. Жидкий раствор, образующийся при плавлении аустенита, имеет ближний порядок, соответствующий ГЦК-решетке г -железа.
Изотермической обработкой, достаточной для получения твердости НВ = 400 для стали У8, является изотермический отжиг см.рисунок . Структура после отжига - крупнопластинчатый троостит. При изотермическом отжиге сталь У8 нагревают до температуры на 30-50°С выше точки Ас1 (Ас1 = 730°С) и после выдержки охлаждают до температуры 500-600°С. Структура после отжига - крупнопластинчатый троостит.
Трооститное превращение переохлажденного аустенита протекает при температурах Ar1 = 500єC. В процессе превращения происходит полиморфное г>б-превращение и диффузионное перераспределение углерода в аустените, что приводит к образованию ферритно-цементитной структуры: А>Ф + Fe3C = Троостит.
Аустенит, практически однородный по концентрации углерода, распадается с образованием феррита и цементита, содержащего 6,67%С, т.е. состоит из двух фаз, имеющих различную концентрацию углерода. Ведущей, в первую очередь возникающей фазой при этом является карбид (цементит). Его зародыши, как правило, образуются на границах зерен аустенита.
В результате роста частиц этого карбида прилегающий к нему объем аустенита обедняется углеродом, снижает свою устойчивость и испытывает полиморфное г>б-превращение. При этом кристаллики феррита зарождаются на границе с цементитом, который облегчает этот процесс.
Последующий рост ферритных пластинок ведет к обогащению окружающего аустенита углеродом, что затрудняет дальнейшее развитие г>б-превращения. В обогащенном таким образом углеродом аустените зарождаются новые и растут ранее возникшие пластинки цементита. Вследствие этих процессов образования и роста частиц карбидов вновь создаются условия для возникновения новых и роста имеющихся кристалликов (пластинок) феррита. В результате происходит колониальный (совместный) рост кристалликов феррита и цементита, образующих трооститную колонию.
Задание 3
Условие: в результате термической обработки детали машин должны получить повышенную прочность по всему сечению ( твердость 250-280 Н). Для изготовления их выбрана сталь 30ХГС. Укажите состав и группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки ,привидите его обоснование ,объяснив влияние легирования на превращение,происходящие при термической обработке. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
Решение:
Характеристики механических свойств конструкционных материалов для изготовления деталей машин (характеристики упругости, прочности, пластичности и др.) определяют путем испытаний стандартных образцов в стандартных условиях. В реальных конструкциях эти свойства не всегда проявляются в полной мере. Особенно заметно это несоответствие между характеристиками прочности, полученными при испытании лабораторных образцов, и конструкционной прочностью как максимальным сопротивлением материала, реализуемым в деталях машин.
Особый характер проявления механических свойств материала, воплощенного в деталь или конструкцию, связан с влиянием трех групп факторов: эксплуатационных, технологических и конструкционных.
Эксплуатационные факторы определяются назначением детали и условиями его эксплуатации (температурой, видом и характером нагружения, окружающей средой и т.п.); они определяют выбор материала для проектируемого изделия и конструкции.
Большой эффективности в повышении конструкционной прочности и снижении материалоемкости изделий можно достичь за счет технологических факторов, связанных с предысторией металлургической, механической и термической переработки материала.
Известно, что прочность - это свойство материала, зависящее от его природы (химического состава) и структурного состояния. Прочность реальных конструкционных материалов из-за наличия дефектов структуры на два-три порядка ниже теоретической, характеризуемой сопротивлением разрыву межатомных связей. Поэтому практически все технологические методы повышения конструкционной прочности материалов основаны на создании такого структурного состояния, при котором обеспечивалось бы сведение к минимуму влияние имеющихся дефектов, в том числе, на субмикроуровне (дислокаций). Это осуществляется путем легирования, предварительной пластической деформации, термической, термомеханической, химико-термической обработок. Необходимые характеристики физико-механических свойств достигаются и повышением чистоты выплавляемого металла. Для этого в промышленности все более широко внедряется вакуумно-дуговой, электронно-лучевой и другие виды переплавов.
За счет применения выше перечисленных технологических методов удается достичь высоких уровней прочности материалов: для сталей - =1600...2000 МПа, для титановых сплавов - =1000...1250 МПа, для алюминиевых сплавов - =550...600 МПа и т.п.
Для повышения циклической прочности и износостойкости применяют технологические методы поверхностного упрочнения, поверхностную закалку, химико-термическую обработку (азотирование, цементацию), поверхностное пластическое деформирование (обдувку дробью, обкатку роликами и др.).
Следует иметь в виду, что повышение характеристик прочности материала путем использования различных технологических приемов, как правило, сопровождается снижением характеристик пластичности и вязкости разрушения. Показателен в этом отношении характер зависимости конструкционной прочности от взаимного сопротивления материала . Наличие на этой зависимости максимума свидетельствует о том, что повышение за счет термообработки или иными способами имеет смысл только до определенных пределов, так как снижение при этом пластичности препятствует перераспределению напряжений в зонах концентрации, а снижение вязкости повышает вероятность хрупкого разрушения. Отметим, если деталь изготовлена из пластичных материалов, то к эффективным способам оптимизации распределения напряжений можно отнести тренировку изготовленного изделия с перегрузками (автофретирование). Этот способ упрочнения деталей применим только в том случае, если в процессе эксплуатации нагрузка не изменяет знак.
В настоящее время для достижения высокой конструкционной прочности широко используются композиционные материалы, состоящие из мягкой матрицы и высокопрочных волокон, оптимально ориентированных по отношению к действующему в детали полю напряжений. Композиционные материалы позволяют рационально согласовать «поля напряжений» с «полями сопротивлений» материала. Они отличаются высокой трещино стойкостью, так как при образовании трещин, например, из-за разрушения волокна, ее распределение тормозится мягкой матрицей. Недостатком композиционных материалов на неметаллической основе является их интенсивное старение, сопровождающееся охрупчиванием.
Принцип равнопрочности всех высоконапряженных деталей, составляющих изделие, осуществить практически невозможно. Тем не менее, использование более достоверных расчетных схем в сочетании с приемами оптимального конструирования является важным резервом повышения несущей способности изделия, более полного использования свойств материала в детали. Высокие показатели использования резерва прочности материала не всегда адекватны экономическим показателям в части стоимости изделия.
К основным правилам конструирования относятся следующие:
Необходимо избегать резких концентраторов напряжений - больших перепадов жесткостей, глубоких канавок, галтелей малого радиуса и т.п. Концентрация напряжений может быть вызвана дефектами материала (микротрещины, раковины, включения), а также действием сопряженной детали, например, при использовании посадок с гарантированным натягом. Циклическая прочность может резко снижаться при наличии царапин на поверхности, повреждений поверхностного слоя при грубой механической обработке, кислотном травлении. Поэтому при проектировании изделий следует предусматривать специальные меры по обеспечению и сохранению в процессе работы хорошего состояния поверхности деталей. Для этого используют различного рода покрытия, предупреждающие коррозию металла, водородное и другие виды охрупчивания. Однако некоторые виды покрытий, например, гальванические, могут способствовать снижению циклической прочности.
В местах резких изменений размеров ступенчатых деталей лучше использовать конические переходы, эллиптические или поднутренные галтели, а также декомпенсаторы в виде канавок на поверхности большого размера. Кромки отверстий подвергают обжатию или обчеканке. Благоприятное расположение пятна контакта в зонах приложения сосредоточенных нагрузок достигается приданием поверхности бочкообразной формы (бомбинированием), применением смазок, изготовлением контактируемых поверхностей с кривизной одинакового знака, заменой точечного контракта линейным, введением самоустанавливающихся башмаков.
Уровень остаточных напряжений в деталях машин, в том числе монтажных напряжений, должен быть сведен до минимума. Необходимую несущую способность соединений с гарантированным натягом лучше обеспечивать не за счет натяга, а за счет длины контактируемых поверхностей. При этом соединяемые детали должны обладать приблизительно одинаковой жесткостью в радиальном направлении. Для уменьшения деформаций при сварке и снижения сварочных напряжений применяют конструкции с симметричным расположением швов, избегают их пересечения, делают сварные швы прерывистыми, не располагают их вблизи элементов жесткости.
Коэффициент использования металла по критериям прочности и жесткости можно значительно повысить применением рациональных сечений с усилениями наиболее нагруженных зон (двутавровой балки), полых деталей в виде труб, коробок, тонкостенных элементов других форм, подкрепленных поперечными и диагональными связями (раскосами), ребрами или гофрами, а также ячеистых и сотовых деталей. Эффективными могут оказаться конструкции, в которых несущие элементы, работающие при высоких градиентах напряжений (на изгиб, кручение), заменены элементами, работающими на растяжение и сжатие. Иногда остаточные напряжения сжатия различными способами формируются в локальных зонах для «смягчения» концентрации напряжений.
Конструкции деталей машин, работающих при высоких или низких температурах, особенно в неизотермических условиях, должна исключать возможность возникновения высоких температурных градиентов, приводящих к термическим напряжениям. С этой целью в каждом узле следует использовать материалы с близкими коэффициентами линейного расширения и одинаковой теплопроводностью.
Понижение температуры эксплуатации изделия сопровождается ростом вероятности хрупкого разрушения несущих элементов, особенно в зонах сварных швов. В этих случаях очень важно избегать высоких концентраций напряжений любой природы, использовать геометрические формы деталей, исключающие работу материала при двух- и трехосном растяжении, обеспечивать низкие запасы упругой энергии в силовых элементах. В отдельных случаях необходимо предусматривать специальные «ловушки», останавливающие развивающуюся трещину.
Для повышения прочностных характеристик принимаю сталь сталь30ХГС.
Сталь30ХГС - сталь конструкционная легированная.
Общие сведения
|
Заменитель |
|
|
Сталь 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 35ХГСА. |
|
|
Вид поставки |
|
|
Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 259071, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77. Лист тонкий 1542-71. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70. Трубы ОСТ 14-21-77. |
|
|
Назначение |
|
|
Различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, тормозные ленты моторов, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали. |
Химический состав
|
Химический элемент |
% |
|
|
Кремний (Si) |
0.90-1.20 |
|
|
Медь (Cu), не более |
0.30 |
|
|
Марганец (Mn) |
0.80-1.10 |
|
|
Никель (Ni), не более |
0.30 |
|
|
Фосфор (P), не более |
0.035 |
|
|
Хром (Cr) |
0.80-1.10 |
|
|
Сера (S), не более |
0.035 |
Механические свойства
|
Термообработка, состояние поставки |
Сечение, мм |
s0,2, МПа |
sB, МПа |
d5, % |
y, % |
KCU, Дж/м2 |
HB |
HRCэ |
|
|
Закалка 880 °С, масло. Отпуск 540 °С, вода или масло |
25 |
830 |
1080 |
10 |
45 |
44 |
|
|
|
|
Поковки. Нормализация. КП 395 |
<100 |
395 |
615 |
17 |
45 |
59 |
187-229 |
|
|
|
Закалка 860-880 °С, масло. Отпуск 200-250 °С, воздух. |
30 |
1270 |
1470 |
7 |
40 |
|
|
43-51 |
|
|
Закалка 860-880 °С, масло. Отпуск 540-560 °С, вода или масло. |
60 |
690 |
880 |
9 |
45 |
59 |
>225 |
|
Механические свойства при повышенных температурах
|
t испытания, °C |
s0,2, МПа |
sB, МПа |
d5, % |
y, % |
KCU, Дж/м2 |
||||||||||
|
Закалка 880 °С, масло. Отпуск 560 °С, воздух. |
|||||||||||||||
|
20 |
950 |
1050 |
13 |
56 |
52 |
||||||||||
|
250 |
840 |
1000 |
13 |
48 |
126 |
||||||||||
|
300 |
820 |
950 |
11 |
50 |
124 |
||||||||||
|
400 |
780 |
900 |
16 |
69 |
94 |
||||||||||
|
500 |
650 |
690 |
21 |
84 |
72 |
||||||||||
|
Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм. Прокатанный. Скорость деформирования 2 мм/мин, скорость деформации 0,0013 1/с [81] |
|||||||||||||||
|
700 |
|
175 |
59 |
51 |
|
||||||||||
|
800 |
|
85 |
62 |
75 |
|
||||||||||
|
900 |
|
53 |
84 |
>90 |
|
||||||||||
|
1000 |
|
37 |
71 |
>90 |
|
||||||||||
|
1100 |
|
21 |
59 |
>90 |
|
||||||||||
|
1200 |
|
10 |
85 |
>90 |
|
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
|
t отпуска, °С |
s0,2, МПа |
sB, МПа |
d5, % |
y, % |
KCU, Дж/м2 |
||||||||||
|
Пруток диаметром 20-70 мм. Закалка 880 °С, масло. |
|||||||||||||||
|
200 |
1570 |
1700 |
11 |
44 |
88 |
||||||||||
|
300 |
1520 |
1630 |
11 |
54 |
69 |
||||||||||
|
400 |
1320 |
1420 |
12 |
56 |
49 |
||||||||||
|
500 |
1140 |
1220 |
15 |
56 |
78 |
||||||||||
|
600 |
940 |
1040 |
19 |
62 |
137 |
Механические свойства в зависимости от сечения
|
Сечение, мм |
s0,2, МПа |
sB, МПа |
d5, % |
y, % |
KCU, Дж/м2 |
HB |
|||||||||
|
Закалка 880 °С, масло. Отпуск 600 °С, вода. |
|||||||||||||||
|
40 |
820 |
930 |
12 |
51 |
69 |
275 |
|||||||||
|
80 |
730 |
860 |
14 |
50 |
78 |
250 |
|||||||||
|
120 |
670 |
820 |
14 |
50 |
78 |
235 |
|||||||||
|
160 |
580 |
750 |
14 |
50 |
78 |
210 |
|||||||||
|
180 |
510 |
710 |
13 |
45 |
Технологические свойства
|
Температура ковки |
|
|
Начала 1240, конца 800. Сечения до 50 мм охлаждаются в штабелях на воздухе, 51-100 мм - в ящиках. |
|
|
Свариваемость |
|
|
ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, АрДС, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка, КТС без ограничений. |
|
|
Обрабатываемость резанием |
|
|
В горячекатаном состоянии при НВ 207-217 sB = 710 МПа Ku тв.спл. = 0.85, Ku б.ст. = 0.75. |
|
|
Склонность к отпускной способности |
|
|
склонна |
|
|
Флокеночувствительность |
|
|
чувствительна |
Температура критических точек
|
Критическая точка |
°С |
|
|
Ac1 |
760 |
|
|
Ac3 |
830 |
|
|
Ar3 |
705 |
|
|
Ar1 |
670 |
|
|
Mn |
352 |
Ударная вязкость
Ударная вязкость, KCU, Дж/см2
|
Состояние поставки, термообработка |
+20 |
-20 |
-40 |
-60 |
-80 |
|
|
Закалка 880 С, масло. Отпуск 580-600 С, бв = 1000 МПа. |
69 |
55 |
41 |
34 |
23 |
Предел выносливости
|
s-1, МПа |
t-1, МПа |
n |
sB, МПа |
Термообработка, состояние стали |
|
|
696 |
|
|
|
Закалка 870 С. Отпуск 200 С |
|
|
637 |
|
|
|
Закалка 870 С. Отпуск 400 С |
|
|
470 |
|
|
|
Закалка 870 С. Отпуск 600 С |
|
|
490 |
1666 |
1Е+7 |
1660 |
Закалка 870-890 С. Отпуск 200 С |
|
|
372 |
882 |
1Е+7 |
880 |
Закалка 870-890 С. Отпуск 600 С |
Прокаливаемость
Закалка 800 С. Твердость для полос прокаливаемости HRCэ.
|
Расстояние от торца, мм / HRC э |
||||||||||||
|
1.5 |
3 |
4.5 |
6 |
9 |
12 |
15 |
18 |
21 |
24 |
|||
|
50.5-55 |
49-54 |
47.5-53 |
46-52.5 |
41.5-52 |
38-51 |
36.5-48.5 |
35.5-46.5 |
33-44.5 |
30-43 |
|
Кол-во мартенсита, % |
Крит.диам. в воде, мм |
Крит.диам. в масле, мм |
Крит. твердость, HRCэ |
|
|
50 |
60-91 |
34-60 |
37-42 |
|
|
90 |
40-68 |
18-40 |
43-48 |
Физические свойства
|
Температура испытания, °С |
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
|
|
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа |
194 |
185 |
173 |
169 |
166 |
156 |
|
|
|
|
|
|
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа |
84 |
82 |
79 |
75 |
71 |
66 |
62 |
54 |
47 |
|
|
|
Плотность, pn, кг/см3 |
7850 |
7830 |
7800 |
7760 |
7730 |
7700 |
7670 |
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) |
|
37 |
41 |
38 |
37 |
36 |
35 |
34 |
32 |
|
|
|
Уд. электросопротивление (p, НОм · м) |
210 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура испытания, °С |
20- 100 |
20- 200 |
20- 300 |
20- 400 |
20- 500 |
20- 600 |
20- 700 |
20- 800 |
20- 900 |
20- 1000 |
|
|
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С) |
12.0 |
12.5 |
12.9 |
13.2 |
13.6 |
13.9 |
|
|
|
|
|
|
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С)) |
493 |
504 |
512 |
533 |
554 |
584 |
622 |
693 |
|
|
Хром - очень распространенный легирующий элемент. Он повышает точку А3 и понижают точку А4 (замыкает область г-железа). Температура эвтектоидного превращения стали (точку А1) в присутствии хрома повышается, а содержание углерода в эвтектоиде (перлите) понижается. С углеродом хром образует карбиды (Cr7C3,Cr4C) более прочные и устойчивые, чем цементит. При содержании хрома 3 - 5% в стали одновременно присутствуют легированный цементит и карбид хрома Cr7C3, а если более 5% хрома, то в стали находится только карбид хрома. Растворяясь в феррите, хром повышает его твердость и прочность и прочность, незначительно снижая вязкость. Хром значительно увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита.
В связи с большой устойчивостью переохлажденного аустенита и длительностью его распада, изотермический отжиг и изотермическую закалку хромистой стали проводить нецелесообразно.
Хром значительно уменьшает критическую скорость закалки, поэтому хромистая сталь обладает глубокой прокаливаемостью. Температура мартенситного превращения при наличии хрома снижается. Хром препятствует росту зерна и повышает устойчивость против отпуска. Поэтому отпуск хромистых сталей проводится при более высоких температурах по сравнению с отпуском углеродистых сталей. Хромистые стали подвержены отпускной хрупкости и поэтому после отпуска детали следует охлаждать быстро (в масле).
Карбидообразующими элементами являются хром и марганец. При растворении карбидообразующих элементов в цементите образующиеся карбиды называются легированным цементитом. При повышении содержания карбидообразующего элемента образуются самостоятельные карбиды данного элемента с углеродом, так называемые простые карбиды, например, Cr7C3, Cr4C, Mo2C. Все карбиды очень тверды (HRC 70 - 75) и плавятся при высокой температуре (Cr7C3 примерно при 1700°С).
Введение легирующих элементов оказывает влияние на перлитное превращение. Температура перлитного превращения под влиянием различных легирующих элементов может понижаться или повышаться, а концентрация углерода в перлите уменьшается-. В связи с этим точка S на диаграмме Fe--Fe3C понижается или повышается и одновременно сдвигается влево. Следовательно, при введении легирующих элементов происходит смещение равновесных точек на диаграмме Fe--Fe3C.
При наличии карбидообразующих элементов кривая изотермического распада не сохраняет свой обычный С-образный вид, а становится как бы двойной С-образной кривой. На такой кривой наблюдаются две зоны минимальной устойчивости аустенита и между ними - зона максимальной устойчивости аустенита. Верхняя зона минимальной устойчивости аустенита расположена в интервале температур 600 - 650°С. В этой зоне происходит распад переохлажденного аустенита с образованием феррито-цементитной смеси. Нижняя зона минимальной устойчивости аустенита расположена в интервале температур 300 - 400°С. В этой зоне происходит распад переохлажденного аустенита с образованием игольчатого троостита.
Необходимо иметь в виду, что карбидообразующие элементы только в том случае повышают устойчивость аустенита, если они растворены в аустените. Если же карбиды находятся вне раствора в виде обособленных карбидов, то аустенит, наоборот, становится менее устойчивым. Это объясняется тем, что карбиды являются центрами кристаллизации, а также тем, что наличии нерастворенных карбидов приводит к обеднению аустенита легирующим элементом и углеродом. При большом содержании хрома в стали находятся специальные карбиды хрома. Твердость такой стали при нагревании до более высокой температуры 400 - 450°С почти не изменяется. При нагревании до более высокой температуры (450 - 500°С) происходит повышение твердости.
Последовательность операции изготовления детали
Режимы термообработки
|
Операция |
t, °С |
Охлаждающая среда |
HRC |
|
ЦементацияЗакалкаОтпуск |
930820 - 840180 - 200 |
Охлаждение медленное в колодцах или ящикахМаслоВоздух |
сердцевина36 - 46Поверхность 56 -62 |
Цементация - механическая обработка - закалка - высокий отпуск - механическая обработка;
При цементации деталь нагревают без доступа воздуха до 930 - 950°С в науглероживающей среде - карбюризаторе., выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов, а затем медленно охлаждают. В результате цементации поверхностный слой деталей науглероживается (0,8 - 1% С), а в сердцевине остается 0,12 - 0,32% С, т.е. получается как бы двухслойный металл. Поэтому для получения нужной структуры и свойств в поверхностном слое и в сердцевине необходима двойная термическая обработка.
В результате длительной выдержки при высокой температуре цементации происходит перегрев, сопровождающийся ростом зерна. Для получения высокой твердости цементованного слоя и достаточно высоких механических свойств сердцевины, а также для получения в поверхностном слое мелкоигольчатого мартенсита, деталь после цементации подвергнем последующей термической обработке.
Основная цель закалки стали это получение высокой твердости, и прочности что является результатом образования в ней неравновесных структур - мартенсита, троостита, сорбита. Заэвтектоидную сталь нагревают выше точки Ас1 на 30 - 90 0С. Нагрев заэвтектоидной стали выше точки Ас1 производится для того, чтобы сохранить в структуре закаленной стали цементит, является еще более твердой составляющей, чем мартенсит.
Закалка с самотпуском состоит в то, что нагретую деталь рабочей частью погружают в закалочную среду и выдерживают в ней не до полного охлаждения. За счет тепла нерабочей части детали, которая не погружалась в закалочную жидкость, рабочая часть детали нагревается. Температура отпуска при этом способе закалки определяют по цветам побежалости, возникающие на поверхности детали при температурах 220 - 300 0С.
Отпуск при 180 - 200°С проводится для снятия внутренних напряжений и получение более устойчивого структурного состояния, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали.
Он выполняется с целью получения структуры мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. После такого режима термической обработки структура поверхностного слоя - мелкоигольчатый мартенсит с вкраплениями избыточного цементита, а сердцевины - мелкозернистый феррит+перлит.
Механические свойства стали после термической обработки:
- Твердость HRC 56-62 (пов.), HRC 36-46 (серд.)
- Предельная прочность (ув) равна 578 Н/мм2;
Задание 4
Условие: выберите оборудование и опишите технологический процесс получения стали скрап-рудным методом, физико-химические процессы ,протекающие при выплавке стали в выбранной печи. Укажите области применения выбранной стали.
Решение:
Сталь--сплав железа с углеродом (до 2%) и сопутствующими примесями в виде марганца, кремния, серы, фосфора и др. Стали, применяемые в машиностроении, обычно содержат от 0,05 до 1,5% С.
Железо в твердом состоянии может находиться в двух модификациях:
Углерод является вторым основным компонентом, определяющим структуру, механические и технологические свойства стали.
Примеси, присутствующие в стали делят на четыре группы:
постоянные, или обычные (табл. 1)--марганец, кремний, фосфор и сера, если их содержание находится в пределах: до 0,8% Mn; до 0,4% Si; до 0,05% Р и до 0,05% S;
скрытые -- азот, кислород, водород, присутствующие в любой стали, в очень малых количествах (тысячные доли процента);
случайные -- например, мышьяк, свинец, медь и др., попадающие в сталь из-за того, что они содержатся в рудах или шихтовых материалах данного географического района или связаны с определенным технологическим процессом производства стали;
специальные (легирующие элементы) -- их вводят в состав стали для получения нужных по условиям службы деталей свойств стали. В этом случае сталь называют легированной. Сталь также будет легированной, если содержание кремния 0,5%, а марганца %.
В качестве исходных материалов при производстве стали используются жидкий или твердый чугун, металлолом, а также раскислители, легирующие и шлакообразующие материалы. В зависимости от наличия в данном регионе или на данном заводе тех или иных шихтовых материалов (в первую очередь жидкого чугуна) сталь производят в конвертерах, мартеновских или электродуговых печах: при наличии жидкого чугуна-- в конвертерах или мартеновских печах, при его отсутствии - в мартеновских или электродуговых печах.
При переделе чугуна и металлолома в сталь решаются несколько основных задач: плавление и нагрев шихты до температуры, обеспечивающей проведение последующих операций (обычно 1600.. 1650 °C, рафинирование стали от вредных примесей (обычно к ним относят серу, фосфор, водород и азот), легирование и, наконец, получение из жидкой стали стального слитка или непрерывнолитой заготовки. Нагрев до заданной температуры и частично рафинирование и легирование производятся в сталеплавильных агрегатах, окончательное рафинирование и легирование--в сталеразливочных ковшах после выпуска плавки из агрегата с помощью специализированных установок и разливка--в изложницы или на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
В своей основе производство стали--процесс окислительный, так как в его ходе требуется прежде всего окислить избыток углерода (содержание последнего в стали значительно ниже, чем в чугуне) и примеси.
Полученные тем или иным способом стали чрезвычайно разнообразны по своим свойствам и составу. Их классифицируют по способу производства, назначению, качеству, химическому составу, характеру застывания в изложницах и строению получающегося слитка.
Классификация стали и требования к ее составу и качеству обусловлены соответствующими государственными стандартами и техническими условиями.
По способу производства сталь может быть мартеновской, конвертерной, электросталью, электрошлакового переплава и полученной другими способами.
По назначению можно выделить следующие основные группы сталей:
а) конструкционная сталь, которую применяют при изготовлении различных металлоконструкций (для строительства зданий, мостов, различных машин и т.п.). Конструкционные стали могут быть как простыми углеродистыми, так и легированными. Легированная сталь несколько дороже углеродистой, но так как она обладает значительно лучшими механическими свойствами, то расход ее на изготовление тех или иных конструкций значительно ниже, чем углеродистой;
б) топочная и котельная сталь - низкоуглеродистая сталь, применяемая для изготовления паровых котлов и топок. Эта сталь должна иметь хорошие пластические свойства в холодном состоянии, хорошо свариваться, не должна иметь склонности к старению;
в) сталь для железнодорожного транспорта - рельсовая сталь, осевая сталь, сталь для бандажей железнодорожных колес. Это среднеуглеродистая сталь, к ней предъявляются высокие требования при механических испытаниях, например на усталость, при проверке сплошности структуры металла;
г) подшипниковая сталь служит материалом для изготовления шариковых и роликовых подшипников. К этой стали, содержащей около 1% С и 1,5% Cr, предъявляют очень высокие требования по содержанию неметаллических включений;
д) инструментальная сталь применяется для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования. Она содержит обычно значительное количество углерода, а также в ряде марок - значительное количество легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена и других.
Кроме указанных, имеется еще ряд групп сталей, назначение которых видно из самого их названия: рессорнопружинные, электротехнические, трансформаторные, динамные, нержавеющие, орудийные, снарядные, броневые, трубные стали и другие.
По качеству стали делят на следующие группы: сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную. Различия между этими группами заключаются в допускаемом содержании вредных примесей (в первую очередь серы и фосфора), а также в особых требованиях по содержанию неметаллических включений.
По химическому составу различают стали: углеродистые, низколегированные, легированные.
По характеру застывания стали в изложницах различают спокойные, кипящие и полуспокойные стали. Поведение металла при кристаллизации в изложнице зависит от степени раскисленности: чем полнее раскислена сталь, тем спокойнее кристаллизируется слиток.
Каждый из перечисленных видов классификации стали характеризирует свойства металла, его надежность в работе, стоимость, возможность получения в определенных количествах и другие параметры.
Сущность мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду пламенной отражательной печи, оборудованной регенераторами для предварительного подогрева воздуха (иногда и газа). Идея получения литой стали на поду отражательной печи высказывалась многими учеными, но осуществить это долгое время не удавалось, так как температура факела обычного в то время топлива - генераторного газа - была недостаточной для нагрева металла выше 1500 оС (т.е. недостаточна для получения жидкой стали). В 1856 г. Братья Сименс предложили использовать для подогрева воздуха тепло горячих отходящих газов, устанавливая для этого регенераторы. Принцип регенерации тепла был использован Пьером Мартеном для плавки стали. Началом существования мартеновского процесса можно считать 8 апреля 1864 г., когда П.Мартен на одном из заводов Франции выпустил первую плавку.
В мартеновскую печь загружают шихту (чугун, скрап, металлический лом и др.), которая под действием тепла от факела сжигаемого топлива постепенно плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки для получения металла заданного состава и температуры; затем готовый металл выпускают в ковши и разливают. Благодаря своим качествам и невысокой стоимости мартеновская сталь нашла широкое применение. Уже в начале ХХ в. в мартеновских печах выплавляли половину общего мирового производства стали.
В мартеновских печах можно переплавлять в сталь чугун скрап любого состава и в любой пропорции.
В зависимости от состава шихты мартеновский процесс делят на несколько разновидностей:
а) скрап-процесс - процесс, при котором основной составной частью шихты является стальной скрап. Скрап-процесс обычно применяют в цехах металлургических и машиностроительных заводов, в составе которых нет доменных печей и которые расположены в крупных промышленных центрах, где много металлолома. Кроме скрапа, в шихту загружают некоторое количество (25 - 45 %) чугуна.
б) скрап-рудный процесс - передел в мартеновских печах шихты, твердая составляющая которой - скрап и железная руда. Основная масса шихты (55 - 75 %) - жидкий чугун. Когда металлическая шихта на 100% состоит из жидкого чугуна (скрапа нет), а в печь в твердом виде заливают только железную руду, процесс называют рудным.
В зависимости от состава шлака и материала пода мартеновский процесс может быть «основным» и «кислым».
Ход плавки при скрап-процессе. В мартеновской печи при скрап-процессе чугун обычно поступает в цех в твердом состоянии в «чушках». В большинстве случаев завалку производят следующим образом: вначале заливают железный скрап, затем чугун. Капельки чугуна, расплавляющегося под воздействием факела, стекая вниз передают тепло нижним слоям шихты и науглероживают скрап, снижая тем самым температуру его плавления. В конце концов наступает момент, когда вся металлическая шихта расплавляется и начинается энергичное окисление находящегося в металле углерода: начинается период доводки и кипения. К этому моменту ванна оказывается покрытой шлаком.
Для удаления фосфора и серы основность шлака должна быть достаточно высокой, для этого в шихту основной мартеновской плавки вводят известняк или известь.
Во время завалки и плавления окисляются часть углерода шихты, весь кремний и значительная часть марганца и некоторое количество железа. Оксиды железа, кремния и марганца вместе со всплывшей известью образуют основной шлак. Общее количество шлака после расплавления составляет 8 - 10 % от массы металла. В таком основном шлаке к моменту расплавления находится и некоторое количество фосфора и серы, удаленных из металла за время плавления шихты. Продолжительность периодов завалки и плавления 5 - 6 ч.
Ход плавки при скрап-рудном процессе. Если в состав завода входят доменный, мартеновский и прокатные цехи, то чугун поступает в мартеновский цех в жидком состоянии.
Содержание углерода в металле при скрап-рудном процессе регулируют не увеличением или уменьшением расхода чугуна (как при скрап-процессе), а введением в завалку большего или меньшего количества железной руды.
Чтобы получить по расплавлении шлак нужной основности, в состав шихты при скрап-рудном процессе, так же как и при скрап-процессе, вводят известняк.
На под с помощью завалочных машин заваливают железную руду и известняк, после некоторого подогрева подают скрап. После того как скрап нагрелся, в печь заваливают чугун. Жидкий чугун проходит через слой скрапа и взаимодействует с железной рудой. Начинается интенсивное шлакообразование. Примеси чугуна энергично реагируют с окислами железной руды.
Шлак образуется в очень большом количестве. Образующийся в результате окисления углерода оксид углерода вспенивает шлак и он начинает вытекать, «сбегать» из печи. Его называют «сбегающим» первичным шлаком. Он составляет 8 - 10 % от массы металла.
За период плавления полностью окисляется кремний, почти полностью марганец и большая часть углерода.
Для ускорения процесса плавления и окисления примесей вскоре после окончания заливки чугуна ванну начинают продувать кислородом. Поскольку при продувке значительная часть примесей окисляется за счет вдуваемого кислорода, расход железной руды в завалку резко сокращают. При окислении железа и примесей за счет подаваемого газообразного кислорода выделяется значительное количество тепла, металл энергично перемешивается, в то же время часть примесей окисляется за счет горячего кислорода, содержащегося в воздухе, поступающем из регенераторов. Продолжительность плавления при таком методе работы сокращается в 2 - 3 раза, соответственно уменьшается расход топлива.
Состав шлака, сформировавшегося к моменту расплавления и после него, оказывается почти таким же, как при скрап-процессе. Несмотря на то, что при скрап-рудном процессе в печь загружают больше чугуна, а вместе с ним и больше кремния, марганца, фосфора и других элементов; объясняется это тем, что значительное количество образующихся оксидов уходит из печи со сбегающим первичным шлаком еще до полного расплавления металла.
Подобные документы
Классификация металлов: технические, редкие. Физико-химические свойства: магнитные, редкоземельные, благородные и др. Свойства конструкционных материалов. Строение и свойства сталей, сплавов. Классификация конструкционных сталей. Углеродистые стали.
реферат [24,1 K], добавлен 19.11.2007Определение механических свойств конструкционных материалов путем испытания их на растяжение. Методы исследования качества, структуры и свойств металлов и сплавов, определение их твердости. Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов.
учебное пособие [7,6 M], добавлен 29.01.2011Свойства металлов и сплавов. Двойные сплавы. Металлы применяемые в полиграфии. Технические требования к типографским сплавам. Важнейшие свойства типографских сплавов. Металлы для изготовления типографских сплавов. Диаграммы состояния компонентов.
реферат [32,5 K], добавлен 03.11.2008Определение понятия и классификация свойств конструкционных материалов, из которых изготовляются детали конструкций, воспринимающих силовую нагрузку. Стеклокристаллические материалы, производство стали, классификация, графитизация и маркировка чугунов.
контрольная работа [651,4 K], добавлен 14.01.2011Типы кристаллических решеток, кристаллическое строение. Элементарные ячейки кристаллических решеток. Дефекты в кристаллах, характеристика и значение. Кристаллизация и кривые кристаллизации метала при охлаждении. Физико-химические свойства кристаллов.
методичка [1,2 M], добавлен 06.12.2008Основные типы решеток, точечные и линейные дефекты. Связь строения кристаллической решетки с механическими и физическими свойствами материала. Реальное строение кристаллов, формы пластической деформации. Свойства металлов, применяемых в строительстве.
реферат [218,2 K], добавлен 30.07.2014Цветная металлургия как наиболее конкурентоспособная отрасль промышленности России, инвестиционная политика. Цветные металлы и сплавы: медь, алюминий, цинк, магний; их технологические и механические свойства, применение в промышленности и строительстве.
реферат [28,2 K], добавлен 05.12.2010Типы кристаллических решёток металлов и дефекты их строения. Свойства и области применения карбида кремния. Электропроводность жидких диэлектриков и влиянии на неё различных факторов. Виды, свойства и применение неметаллических проводниковых материалов.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 09.10.2010Классификация цветных металлов, особенности их обработки и области применения. Производство алюминия и его свойства. Классификация электротехнических материалов. Энергетическое отличие металлических проводников от полупроводников и диэлектриков.
курсовая работа [804,3 K], добавлен 05.12.2010Классификация металлов по основному компоненту, по температуре плавления. Характерные признаки, отличающие металлы от неметаллов: внешний блеск, высокая прочность. Характерные особенности черных и цветных металлов. Анализ сплавов цветных металлов.
контрольная работа [374,3 K], добавлен 04.08.2012
