Технология конструкционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Диаграмма сплава железо-углерод и характеристика процессов, происходящих по основным линиям диаграммы при нагревании или остывании сплава

Рис. 1 Диаграмма состояния железо-углерод

На рис. 1 приведена диаграмма состояния сплавов железа с цементитом. На горизонтальной оси концентраций отложено содержание углерода от 0 до 6,67%. Левая вертикальная ось соответствует 100% содержанию железа. На ней отложены температура плавления железа и температуры его полиморфных превращений. Правая вертикальная ось (6,67% углерода) соответствует 100% содержанию цементита. Буквенное обозначение точек диаграммы принято согласно международному стандарту и изменению не подлежит.

Железоуглеродистые сплавы в зависимости от содержания углерода делятся на техническое железо (до 0,02% С), сталь (от 0,02 до 2,14 % С) и чугун (от 2,14 до 6,67% С). Сталь, содержащая до 0,8% С, называется доэвтектоидной, 0,8% С -- эвтектоидной и свыше 0,8% С -- заэвтектоидной. Чугун, содержащий от 2,14 до 4,3% С, называется доэвтектическим, ровно 4,3% -- эвтектическим и от 4,3 до 6,67% С -- заэвтектическим.

2. Классификация, маркировка, свойства и область применения в пожарной технике углеродистых сталей

В зависимости от области применения стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и специальные. По качеству стали бывают обыкновенные, качественные и высококачественные. Качество стали определяется ее чистотой (малое содержание вредных примесей, шлака) и отсутствием дефектов (газовые раковины, трещины), что зависит от процесса выплавки, разливки и последующей обработки стали на металлургических заводах.

В углеродистых сталях содержится от 0,05 до 1,4% углерода, от 0,25 до 0,75% марганца, от 0,03 до 0,5% кремния, до 0,05% фосфора и до 0,055% серы. Для ответственных деталей содержание серы понижается до 0,02-0,03%.

Конструкционные углеродистые стали бывают обыкновенного качества и качественные.

Марки конструкционных сталей обыкновенного качества по стандарту обозначаются буквами Ст (сокращенное слово «сталь»), после которых ставятся цифры 0, 1, 2, 3 и до 7. С увеличением номера возрастает предел прочности и содержание углерода в стали, уменьшается пластичность стали. Из конструкционных сталей обыкновенного качества изготовляют сортовой и листовой прокат, заклепки, болты, проволоки, трубы и детали машин.

В пожарной технике из стали СтЗ и Ст4 делают крюки штурмовых пожарных лестниц, насадные пожарные багры, из стали Ст4 - вал электродымососа, скобы, упоры, башмаки ручных пожарных лестниц; из стали Ст5 и Ст7 - пожарные ломы и так далее.

Качественные конструкционные углеродистые стали подразделяются по стандарту на 23 марки. Марки сталей обозначаются двухзначным числом, указывающим на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марка стали 08 обозначает углеродистую качественную сталь с содержанием 0,08% углерода, Ст15 - сталь с содержанием 0,15% углерода.

Качественные углеродистые стали отличаются от сталей обыкновенного качества более высокими механическими свойствами, меньшим содержанием вредных примесей, а поэтому более высокой стойкостью. Из качественных углеродистых сталей изготовляют ответственные детали машин и аппаратов.

В пожарной технике из качественных конструкционных углеродистых сталей изготовляют: металлические части ручных пожарных лестниц ( сталь 30); валы пожарных насосов, валики коробок отбора мощности, распределительные валы двигателей пожарных автомобилей (Ст40); пожарные крюки и рабочие части цельнометаллических пожарных багров (сталь 40 и сталь 45); шатуны двигателей пожарных автомобилей (сталь 40А); ведущий, ведомый и промежуточный валы редуктора пожарных автомобилей АЦ-20(бЗ), АЦУ-20(бЗ) и АЦУ-20(51А) (сталь 45) и так далее.

Листовая качественная углеродистая сталь идет на изготовление корпуса пенного огнетушителя ОХП-10. Инструментальные углеродистые стали содержат от 0,7 до 1,4% углерода.

Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой У и цифрами, указывающими среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, марка У1, 2Л обозначает углеродистую сталь с содержанием 1,2% углерода. Буква А в конце марки стали указывает на высокое качество стали. Инструментальные стали применяют при изготовлении ударных, режущих и измерительных инструментов. Ударные инструменты должны обладать высокой твердостью и вязкостью, а также износостойкостью. Режущие инструменты должны обладать большей, чем у ударных инструментов, твердостью, малой вязкостью и хорошими режущими свойствами при повышенных температурах нагрева.

В пожарной технике из инструментальной стали У7 изготовляют пожарные топоры.

3. Кислородно-конвертерное производство стали: конструкция конвертера, исходные материалы, технологический процесс получения стали

Кислородный конвертер - сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом. Вместимость конвертера - 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 ⁰ для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит Al₂O₃ и плавиковый шпат CaF₂ для разжижения шлака.

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах:

После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют.

Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап , заливают чугун при температуре 1250…1400 ⁰C . После этого конвертер поворачивают в рабочее положение, внутрь вводят охлаждаемую фурму и через нее подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 ⁰C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой, выделяющейся при окислении. Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш, где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак.

Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.

Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы в чугуне должно быть до 0,07 %).

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Рисунок 2 - Устройство кислородного конвертера

1 -- опорный подшипник;

2 -- цапфа;

3 -- защитный кожух;

4 -- опорное кольцо;

5 --корпус ведомого колеса;

6 -- навесной электродвигатель с редуктором;

7 -- ведомое зубчатое колесо;

8 -- демпфер навесного электродвигателя;

9 -- демпфер корпуса ведомого колеса;

10 -- опорная станина.

4. Производство заготовок деталей пластическим деформированием свободной ковкой

Свободной ковкой называется процесс горячей обработки давлением с помощью универсального инструмента (молота или пресса с гладким бойком). Нагретый слиток кладут на нижний боек, и последовательными ударами верхнего бойка деформируют его. Ковка существенно улучшает структуру и свойства металла. Грубая, крупнозернистая структура слитка приобретает волокнистое строение с более мелким зерном, повышенными пластичностью и ударной вязкостью.

Свободную ковку применяют в основном при производстве единичных поковок сложной конфигурации. К преимуществам ковки по сравнению с другими способами обработки металлов следует отнести ее малую зависимость от массы, формы и размеров заготовок; малую стоимость необходимой технологической оснастки; возможность использования менее мощного оборудования благодаря концентрированному приложению усилий к небольшому объему деформируемого металла. Методом свободной ковки из слитков получают все крупные поковки массой 250 т и более. Заготовками для мелких и средних поковок служат слитки, блюмы, болванки и прутковые катаные заготовки. Основные операции свободной ковки: осадка -- уменьшение высоты заготовки; протяжка -- удлинение заготовки или ее части; прошивка --получение отверстий путем продавливания; обрубка -- отделение части заготовки; гибка и скручивание. Разработка технологического процесса свободной ковки включает также составление чертежа поковки с назначением припусков, допусков и напусков; определение размеров и массы заготовки; выбор кузнечных операций и необходимого инструмента; выбор машинного оборудования. Определяют также режим нагрева заготовки, подбирают тип и размеры нагревательных устройств.

По размерам поковки определяют массу заготовки:

Qзаг = Qпок+Qотх+Qуг+Qобс,

где Qпок-- масса поковки; Qотх -- масса отходов; Qуг--масса угара;

Qобс -- масса отходов при обсечке лишнего металла.

Отходы от слитка составляют 25-- 30% (прибыль 5--10 %). Угар в результате окисления металла составляет 2--3 % массы заготовки на каждый нагрев. Величина отходов обсечки зависит от сложности поковок и способа их изготовления. Для простых поковок она не превышает 5-- 8%, а для сложных поковок достигает 30%.

При серийном и массовом производстве используют штамповку, производительность которой в десятки раз больше производительности свободной ковки, а необходимая квалификация рабочих значительно ниже. Кроме того, при штамповке достигаются большие, чем при свободной ковке, точность размеров и чистота поверхности поковок. Однако штамповка выгодна лишь для такого производства, когда затраты на изготовление штампов оправдываются количеством выпускаемых поковок. Основными методами штамповки являются объемный и листовой . Различают горячую и холодную объемную штамповку.

Листовая штамповка может быть холодной и с нагревом.

При горячей объемной штамповки формообразование поковок осуществляется в специальных инструментах--штампах, рабочие полости (ручьи) которых допускают течение деформируемого металла только в определенном направлении и до необходимых пределов, в результате чего обеспечивается принудительное получение поковки заданной формы и размеров. Общий технологический процесс горячей штамповки складывается из отрезки заготовок, их нагрева, штамповки, отрезки облоя, образовавшегося вследствие вытекания металла из разъемов штампа, и зачистки заусенцев, термической обработки, правки и калибровки и, наконец, отделки поверхности. Штамповка может быть осуществлена в открытых и закрытых штампах. В открытых штампах поковка получается с облоем. Отход металла в облой составляет в среднем 10--20 % массы поковки.

5. Резина: определение, состав и назначение вводимых компонентов, методы изготовления изделий из резины и область применения в пожарной технике

Резина является продуктом переработки каучуков. Природный полимер - каучук свое название получил от индийского слова «каочу», что означает - «слезы дерева», которые появляются на каучуконосном дереве при его порезе. Много сотен лет назад индийцы научились использовать белую древесную смолу - каучук.

Натуральный каучук (НК) получают из растений - так называемых каучуконосов. Натуральный каучук легко растворяется в воде. При нагреве до температуры 90°С каучук размягчается, становится липким, при температуре ниже нуля приобретает твердость и хрупкость.

По назначению резины подразделяются на резины общего и специального назначения. В группу резин общего назначения входят синтетические каучуки: бутадиеновый (СКВ), бутадиен-стирольный (СКС), изопреновый (СКИ), дивинильный (СКД). Изопреновый синтетический каучук по химическому составу наиболее близок к натуральному и обладает высокой клейкостью. Каучук СКД не уступает натуральному по эластичности и превосходит его по сопротивлению истиранию. Основной недостаток СКД состоит в низкой его клейкости. С учетом этого, при производстве шин применяют смесь СКД и СКИ(СКИ-З).

Специальные резины подразделяются на несколько видов: износостойкие, маслобензостойкие, морозостойкие, теплостойкие и другие.

Область применения резиновых изделий в пожарной технике.

Водосборник рукавный модели ВС-125.

Резиновые детали водосборников должны изготавливаться из материала с диапазоном температур не меньше ±60°С. Уплотнительные прокладки по стандарту изготавливаются из картона марки А. Все литые детали водосборника должны быть целыми, без трещин, царапин и других дефектов, способных повлиять на прочность и герметичность. Допустимо наличие отдельных раковин (глубина не более 25% от толщины стенки деталей), размер которых - не более 3мм (для наружных поверхностей) и не более 5мм (для внутренних).

Гидроэлеватор Г - 600 представляет собой устройство эжекторного типа, служит для забора воды с глубины до 20 метров или с удаленного до 100 метров водоисточника, а также для удаления воды из помещения.

Переходные головки используются для быстрого, герметичного и прочного соединения пожарных рукавов различного диаметра между собой или с оборудованием. Головки такого типа служат в качестве переходника и позволяют осуществлять переход с одного диаметра на другой.

Список используемой литературы

углерод сплав сталь

1. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов. /под ред. Чередниченко В. С. - 4-е изд., стер. - М.: Омега-Л, 2008. - 752 с.

2. Материаловедение и технология металлов. / Под ред. Фетисова Г.П. Учебник. - М. : Высш. шк., 2001. - 637 с.

3. Материаловедение и технология материалов: курс лекций. / Под ред. Артамонова В.С.; МЧС России. - СПб.: СПбГУ ГПС МЧС России, 2008. - 112 с.

Размещено на Allbest.ru