авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический ...»

-- [ Страница 2 ] --

Прочность — это способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. Проч ность определяют с помощью специальных механических испытаний образцов, изготовленных из исследуемого материала.

Для определения прочности при статических нагрузках образцы испыты вают на растяжение, сжатие, изгиб, и кручение. Испытание на растяжение обяза тельны. Прочность при статических нагрузках оценивается временным сопро тивлением и пределом текучести;

временное сопротивление — это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разру шению образца;

предел текучести— это напряжение, при котором начинается пластическое течение металла.

Прочность при динамических нагрузках определяют по данным испыта ний: на ударную вязкость (разрушению ударом стандартного образца на копре), на усталостную прочность (определению способности материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно-переменных нагрузок), на ползучесть (определение способности нагретого материала медленно и непрерывно де формироваться при постоянных нагрузках). Наиболее часто применяют испы тания на ударную вязкость.

Пластичность — это способность материала получать остаточное изме нение формы и размера без разрушения. Пластичность характеризуется относи тельным удлинением при разрыве, %.

Твердость – это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных деформаций тела. Значение твердости и ее размерность для одного и того же материала зависят от применяемого метода измерения. Значения твердости, определенные различными методами, пересчи тывают по таблицам и эмпирическим формулам. Например, твердость по Бри неллю (НВ, МПа) определяют из отношения нагрузки Р, приложенной к шари ку, к площади поверхности полученного отпечатка шарика F отп : HB=P/Fотп.

Ударная вязкость – способность металлов и сплавов оказывать сопротивле ние действию ударных нагрузок.

К физическим свойствам металлов и сплавов относятся температура плав ления, плотность, температурные коэффициенты линейного и объемного рас ширения, электросопротивление и электропроводимость.

Физические свойства сплавов обусловлены их составом и структурой.

К химическим свойствам относят способность к химическому взаимодей ствию с агрессивными средами, а также антикоррозионные свойства.

Способность материала подвергаться различным методам горячей и хо лодной обработки определяют по его технологическим свойствам.

К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свой ства, деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инстру ментом. Эти свойства позволяют производить формоизменяющую обработку и получать заготовки и детали машин.

Литейные свойства определяются способностью расплавленного металла или сплава к заполнению литейной формы, степенью химической неоднородно сти по сечению полученной отливки, а также величиной усадки– сокращением размеров при кристаллизации и дальнейшем охлаждении.

Деформируемость – это способность принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузке.

Свариваемость – это способность металлов и сплавов образовывать не разъемные соединения требуемого качества.

Обрабатываемостью называют свойства металлов поддаваться обработ ке резанием. Критериями обрабатываемости являются режимы резания и каче ство поверхностного слоя.

Технологические свойства часто определяют выбор материала для конст рукции. Разрабатываемые материалы могут быть внедрены в производство только в том случае, если их технологические свойства удовлетворяют необхо димым требованиям.

Современное автоматизированное производство, оснащенное гибкими системами управления, нередко предъявляет к технологическим свойствам ма териала особые требования, которые должны позволять осуществлять ком плексный технологический процесс на всех стадиях получения изделия с за данным ритмом: например, проведение сварки на больших скоростях, уско ренный темп охлаждения отливок, обработка резанием на повышенных режи мах и т. п. при обеспечении необходимого условия - высокого качества полу чаемой продукции.

К эксплуатационным свойствам в зависимости от условия работы ма шины или конструкции относят износостойкость, коррозионную стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность материала и др.

Износостойкость – это способность материала сопротивляться поверхно стному разрушению под действием внешнего трения.

Коррозионная стойкость – сопротивление сплава действию агрессив ных кислотных и щелочных сред.

Хладостойкость – способность сплава сохранять пластические свойства при температурах ниже 0 градусов по Цельсию.

Жаропрочность – способность сплава сохранять механические свойства при высоких температурах.

Антифрикционность – способность сплава прирабатываться к другому сплаву.

Эти свойства определяются в зависимости от условия работы машин или конструкций специальными испытаниями.

Лекция 6. Стали. Чугуны. Цветные металлы и сплавы Стали. Специальные стали—это сплавы на основе железа отличающиеся от обычных сталей особыми свойствами, обусловленными либо их химическим составом, либо особым способом производства, либо способом их обработки. В большинстве случаев специальные стали содержат легирующие элементы.

Легирующими элементами называют химические элементы, специально введенные в сталь для получения требуемого строения и физико-химических и механических свойств.

Основными легирующими элементами в сталях являются: Мп, Si, Cr. Ni, Mo, W, Со, Си, Ti, V, Zr, Nb, Al, B. B некоторых сталях легирующими элемен тами могут быть также: Р, S, N, Se. Те, Рв, Се и др. Перечисленные элементы и Н, О, Sn, Sb, As могут быть также примесями в стали. Содержание легирую щих элементов в стали может колебаться от тысячных долей процента до де сятков процентов.

Примесями называют химические элементы, перешедшие в состав стали в процессе ее производства как технологические добавки или как составляю щие шихтовых материалов.

Легированные стали — это сплавы на основе железа, в химический со став которых специально введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах производства и обработки требуемую структуру и свойства.

В легированных сталях содержание отдельных элементов больше, чем содержание этих же элементов в виде примесей.

Некоторые легирующие элементы (V, Nb, Ti, Zr, В) могут оказывать су щественное влияние на структуру и свойства стали при содержании их в со тых долях процента, (В — в тысячных долях процента). Такие стали иногда называют микро легированными.

Из приведенных определений видно, что понятие специальные стали бо лее широкое, чем понятие легированные стали, так как к специальным сталям, кроме легированных, могут относиться и углеродистые стали, если им прида ны специальные свойства посредством определенных способов производства и обработки. Так, к специальным сталям относятся следующие углеродистые стали определенного назначения и качества: качественные конструкционные, инструментальные, термически упрочненные, для холодной штамповки и др.

Классификация сталей. По химическому составу стали и сплавы чер ных металлов условно подразделяют на углеродистые (нелегированные) ста ли, низколегированные стали, легированные стали, высоколегированные ста ли, сплавы на основе железа.

Углеродистые стали не содержат специально введенных легирующих элементов. Их количество в этих сталях должно быть в пределах, регламенти рованных для примесей соответствующими стандартами.

В низколегированных сталях суммарное содержание легирующих эле ментов должно быть не более 2,5 % (кроме углерода), в легированных – от 2,5 до 10%, в высоколегированных – более 10 % при содержании в них железа не менее 45 %.

Сплавы на основе железа содержат железа менее 45%, но его количест во больше, чем любого другого легирующего элемента.

В зависимости от наличия тех или иных легирующих элементов стали называют марганцовистыми, кремнистыми, хромистыми, никелевыми, а так же хромоникелевыми, хромомарганцовистыми, хромокремнистыми, никель молибденовыми,хромоникельмолибденовыми, хромокремнемарганцовонике левыми и т. п.

По назначению специальные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими свойствами.

Конструкционной сталью называется сталь, применяемая для изготов ления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машинострое нии и строительстве и обладающая определенными механическими, физиче скими и химическими свойствами.

Конструкционные стали подразделяют на строительные, машинострои тельные и стали и сплавы с особыми свойствами – теплоустойчивые, жаро прочные, жаростойкие, коррозионностойкие и т. д.

Инструментальной сталью называется сталь, применяемая для обра ботки материалов резанием или давлением и обладающая высокой твердо стью, прочностью, износостойкостью и рядом других свойств. Инструмен тальные стали подразделяют на стали для режущего инструмента, штамповые стали и стали для измерительного инструмента.

Внутри указанной классификации существуют более узкие подразделе ния сталей как по назначению, так и по свойствам. Классификация сталей по структуре в значительной степени условна.

По структуре сталей в равновесном состоянии делят на доэвтектоид ные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Легирующие элементы изменяют содержание углерода в эвтектоиде по отношению к его содержанию в углеродистой стали. Поэтому в зависимости от сочетания легирующих элементов положение эвтектоидной точки может быть при разном содержании углерода.

Другим условным структурным признаком, по которому классифициру ют стали, является основная структура, полученная при охлаждении на воз духе образцов небольших размеров после высокотемпературного нагрева (~900°С). При этом в зависимости от структуры стали подразделяют на перлитные, бейнитные, мартенситные, ледебуритные, ферритные и аустенит ные. Перлитные и бейнитные стали чаще всего бывают углеродистыми и низ колегированными, мартенситные - легированными и высоколегированными, а ферритные и аустенитные, как правило, высоколегированными. Однако такая связь между структурой и легированностью стали далеко неоднозначна. Наря ду с перечисленными могут быть смешанные структурные классы: феррито перлитный, феррито-мартенситный, аустенито-ферритный, аустенито мартенситный. Такая классификация применяется при наличии не менее 10 % второй фазы (как второй структурной составляющей).

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, ка чественные, высококачественные, особовысококачественные. Главными каче ственными признаками стали являются более жесткие требования по химиче скому составу и, прежде всего, по содержанию вредных примесей, таких как фосфора и серы. Ниже приведено предельное содержание фосфора и серы (не более), в сталях разной категории качества:

Не более Р, % S. % Обыкновенного качества 0,040–0, Качественная 0,035–0, Высококачественная 0,025–0, Особовысококачественная 0,025–0, Категория «обыкновенного качества» может относиться только к угле родистым сталям. Все остальные категории качества относятся к любым по степени легирования сталям.

Маркировка сталей. Углеродистые конструкционные качественные ста ли обозначают двухзначным числом, указывающим среднее содержание угле рода в сотых долях процента (например, 05;

08;

10;

15;

20;

25...80;

.85).

Для сталей, полностью не раскисленных (при С 0,20 %), в обозначение добавляются индексы: кп – кипящая сталь, пс – полуспокойная сталь (напри мер, 15кп, 20пс). Для спокойных сталей индекс не указывается.

Углеродистые инструментальные стали обозначают буквой «У» и сле дующей за ней цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента (например, У7;

У8;

У9;

У10;

У11;

У12;

13).

В легированных сталях основные легирующие элементы обозначают бу квами: А-азот, К-кобальт, Т-титан, Б-ниобий, В-вольфрам, Г-марганец, Д-медь, Е-селен, М-молибден, Н-никель, Р-бор, С-кремний, Ф-ванадий, X-хром, Ц-цирконий, Ю-алюминий.

Цифры после буквы в обозначении марки стали показывают примерное количество того или иного элемента в процентах, округленное до целого чис ла. При среднем содержании легирующего элемента до 1,5 % цифру за буквен ным индексом не приводят. Содержание углерода указывается в начале марки в сотых (конструкционные стали) или десятых (инструментальные стали) до лях процента.

Так, конструкционная сталь, содержащая 0,42-0,50 % С;

0,5-0,8 % М;

0,8-1,0 % X ;

1,3-1,8,% Ni;

0,2-0,3 % Mo и 0,1-0,18% V, обозначается маркой 45ХГН2МФ. Инструментальная сталь (штамповая) состава 0,32-0,40 % С;

0.80-1,20 % Si;

0,15-0,40 % Mn;

4,5-5,5% Cr;

1,20-1,30 % Mo и 0,3-0,5 % X обозначается 4Х5МФС.

Если содержание углерода в инструментальных легированных сталях со ставляет 1 % и более, то цифру в начале марки, как правило, вообще не ставят (например, X, ХВГ).

Буква «А» в конце марки указывает на то, что сталь относится к катего рии высококачественной (ЗОХГСА), если та же буква в середине марки - зна чит сталь легирована азотом (16Г2АФ), а в начале марки буква «А» указывает на то, что сталь автоматная – повышенной обрабатываемости (А35Г2). Индекс «АС» в начале марки указывает, что сталь автоматная со свинцом (АС35Г2).

Особовысококачественная сталь обозначается добавлением через дефис в конце марки буквы «Ш» (ЗОХГСА или ЗОХГСА-Ш).

Сталь, не содержащая в конце марки букв «А» или «Ш», относится к категории качественных (ЗОХГС).

В марках быстрорежущих сталей вначале приводят букву «Р», за ней следует цифра, указывающая содержание вольфрама. Во всех быстрорежу щих сталях содержится около 4 % хрома, поэтому в обозначении марки бук вы «X» нет. Ванадий, содержание которого в различных марках колеблется в пределах от 1 до 5 %, обозначается в марке, если его среднее содержание 2,0 % и более. Так как содержание углерода в быстрорежущих сталях про порционально количеству ванадия, то содержание углерода в маркировке ста ли не указывается. Если в быстрорежущих сталях содержится молибден или кобальт, то их содержание указывается в марке.

Например, сталь состава: 0,7-0,8 % С;

3,8-4,4 % Х;

17,0-18,5 % W;

1,0-1,4 % V обозначается маркой Р18, а сталь: 0,95-1,05% С;

3,8-4,4% Х;

5,5-6% W: 4,6 - 5,2 % Мо;

1,8-2,4 %В;

7,5-8,5 % Со обозначается Р6М5Ф2К8.

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают упро щенно по порядковому номеру разработки и освоения стали на металлургиче ском заводе. Перед номером стали ставят индексы «ЭИ»У «ЭП» (завод «Элек тросталь»). Например, упомянутая быстрорежущая сталь Р6М5Ф2К8 упро щенно обозначается ЭП658, а жаропрочная 37X12Н8Г8МФБ-~ ЭИ481, Чугуны. Чугуном называют сплав железа с углеродом и другими элемен тами, содержащими более 2,14 % С.

Классификация чугунов. Характерной особенностью чугунов является то, что углерод в сплаве может находиться не только в растворенном и связан ном состоянии (в виде химического соединения – цементита Fe3C), но также в свободном состоянии – в виде графита. При этом форма выделений графита и структура металлической основы (матрицы) определяют основные типы чугуна и их свойства.

Классификация чугуна с различной формой графита производится по ГОСТ 3443–77. По специально разработанным шкалам оценивают форму включений графита, их размеры, характер распределения и количество, а также тип металлической основы.

Классификация чугуна осуществляется по следующим признакам:

– по состоянию углерода – свободный или связанный;

– по форме включений графита – пластинчатый, вермикулярный, шаровид ный, хлопьевидный (рис. 7);

а б в Рис.7. Структура чугуна с графитом различной формы:

а – пластинчатый графит в сером чугуне;

б – шаровидный графит в высокопрочном чугуне;

в – хлопьевидный графит в ковком чугуне – по типу структуры металлической основы (матрицы) – феррит ный, перлитный;

имеются также чугуны со смешанной структурой: например феррито-перлитные;

по химическому составу – нелегированные чугуны (общего назначения) и легированные чугуны (специального назначения).

В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают:

белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe3С;

половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8 %) находится в виде цементита;

серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита;

отбеленный чугун, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой – белого;

высокопрочный чугун, в котором графит имеет шаровидную форму;

ковкий чугун, получающийся из белого путем отжига, при котором угле род переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита.

Структура и свойства чугуна. Микроструктура чугуна состоит из ме таллической основы (матрицы) и графитных включений. Свойства чугуна оп ределяются свойствами металлической основы и характером включений графи та. Чугуны содержат следующие структурные составляющие (рис.8):

– графит (Г);

– перлит (П);

– феррит (Ф);

– ледебурит (Л);

– фосфидную эвтектику.

Рис. 8. Микроструктура чугуна:

I – белый: II – серый перлитный;

II, а – половинчатый;

II, б – ферритно-перлитный;

III – серый ферритный;

IV – высокопрочный Серый чугун – это сплав системы Fe-C-Si, содержащий в качестве приме сей марганец, фосфор, серу. Углерод в серых чугунах преимущественно нахо дится в виде графита пластинчатой формы.

Структура отливок определяется химическим составом чугуна и техноло гическими особенностями его термообработки. Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической матрицы, формы и размеров графито вых включений. Свойства металлической матрицы чугунов близки к свойствам стали. Графит, имеющий невысокую прочность, снижает прочность чугуна.

Чем меньше графитовых включений и выше их дисперсность, тем больше прочность чугуна.

Графитовые включения вызывают уменьшение предела прочности чугуна при растяжении. На прочность при сжатии и твердость чугуна частицы графита практически не оказывают влияния. Свойство графита образовывать смазочные пленки обусловливает снижение коэффициента трения и увеличение износо стойкости изделий из серого чугуна. Графит улучшает обрабатываемость реза нием.

Согласно ГОСТ 1412–85 серый чугун маркируют буквами «С» – серый и «Ч» – чугун. Число после буквенного обозначения показывает среднее значение предела прочности чугуна при растяжении. Например, СЧ 20 – чугун серый, предел прочности при растяжении 200 МПа.

По свойствам серые чугуны можно условно распределить на следующие группы:

– ферритные и ферритно-перлитные чугуны (марки СЧ 10, СЧ 15), приме няют для изготовления малоответственных ненагруженных деталей машин;

– перлитные чугуны (марки СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30), используют для изготов ления износостойких деталей, эксплуатируемых при больших нагрузках: порш ней, цилиндров, блоков двигателей;

– модифицированные чугуны (марки СЧ 35, СЧ 40, СЧ 45), получают добавле нием перед разливкой в жидкий серый чугун присадок ферросилиция, такие чугуны имеют перлитную металлическую матрицу с небольшим количеством изолирован ных пластинок графита.

Чугун с вермикулярным графитом отличается от серого чугуна более вы сокой прочностью, повышенной теплопроводностью. Этот материал перспек тивен для изготовления ответственных отливок, работающих в условиях тепло смен (блоки двигателей, поршневые кольца).

Вермикулярный графит получают путем обработки расплава серого чугуна лигатурами, содержащими редкоземельные металлы (РЗМ) и силикобарий.

Модифицирование серого чугуна магнием, а затем ферросилицием позволяет получать магниевый чугун (СМЧ), обладающий прочностью литой стали и высоки ми литейными свойствами серого чугуна. Из него изготовляют детали, подвергаемые ударам, воздействию переменных напряжений и интенсивному износу, например, коленчатые валы легковых автомобилей.

Высокопрочный чугун. Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства, обусловленные наличием в структуре шаровидного графита, который в меньшей степени, чем пластинча тый графит в сером чугуне, ослабляет рабочее сечение металлической основы и, что еще важнее, не оказывает на нее сильного надрезающего действия, бла годаря чему вокруг включений графита в меньшей степени создаются концен траторы напряжений. Чугун с шаровидным графитом обладает не только высо кой прочностью, но и пластичностью.

Получение шаровидного графита в чугуне достигается модифицированием расплава присадками, содержащими Mg, Ca, Се и другие редкоземельные ме таллы (РЗМ).

Химический состав и свойства высокопрочных чугунов регламентируются ГОСТ 7293 – 85 и маркируются буквами «В» – высокопрочный, «Ч» – чугун и числом, обозначающим среднее значение предела прочности чугуна при растя жении. Например, ВЧ 100 – высоко прочный чугун, предел прочности при рас тяжении 1000 МПа (или 100 кг/мм ).

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом является наиболее пер спективным литейным сплавом, с помощью которого можно успешно решать проблему снижения массы конструкции при сохранении их высокой надежно сти и долговечности. Высокопрочный чугун используют для изготовления от ветственных деталей в автомобилестроении (коленчатые валы, зубчатые коле са, цилиндры и др.).

Белый и ковкий чугун. Белые чугуны характеризуются тем, что у них весь углерод находится в химически связанном состоянии – в виде цементита.

Излом такого чугуна имеет матово-белый цвет. Наличие большого количества цементита придает белому чугуну высокие твердости, хрупкость и очень плохую обрабатываемость режущим инструментом.

Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его высокую износостой кость, в том числе и при воздействий абразивных сред. Это свойство белых чу гунов учитывается при изготовлении поршневых колец. Однако белый чугун применяют главным образом для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун.

Ковкий чугун получают путем отжига белого чугуна определенного химиче ского состава, отличающегося пониженным содержанием графитизируюших эле ментов (2,4 – 2,9 % С и 1,0 – 1,6 % Si), так как в литом состоянии необходимо получить полностью отбеленный чугун по всему сечению отливки, что обеспе чивает формирование хлопьевидного графита в процессе отжига.

Механические свойства и рекомендуемый химический состав ковкого чу гуна регламентирует ГОСТ 1215–79. Ковкие чугуны, маркируют буквами «К» – ковкий, «Ч» – чугун и цифрами. Первая группа цифр показывает предел прочности чугуна при растяжении, вторая – относительное его удлинение при разрыве. Например, КЧ 33-8 означает: ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 33 кг/мм (330 МПа) и относительным удлинением при разрыве 8 %.

Различают черносердечный ковкий чугун, получаемый в результате графи тизирующего отжига, и белосердечный, получаемый путем обезуглероживаю щего отжига в окислительной среде. В России применяют только черносердеч ный ковкий чугун. Матрица чугуна может быть перлитной, ферритной или пер литно-ферритной в зависимости от режима отжига.

Для ускорения процесса отжига КЧ используют различные приемы: повы шают температуру выдержки в период П2, модифицируют и микролегируют чугун присадками алюминия, бора, титана или висмута. Все эти приемы спо собствуют увеличению числа центров кристаллизации, снижению устойчиво сти цементита.

Ковкий чугун используют для изготовления мелких и средних тонкостен ных отливок ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок (детали приводных механизмов, коробок передач, тормозных колодок, шестерен, ступиц и т. п.). Однако ковкий чугун – малопер спективный материал из-за сложной технологии получения и длительности производственного цикла изготовления деталей из него.

Легированные чугуны. В зависимости от назначения различают износо стойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионно-стойкие легированные чугуны.

Химический состав, механические свойства при нормальных температурах и рекомендуемые виды термической обработки легированных чугунов регла ментируются ГОСТ 7769– 82. В обозначении марок легированных чугунов бук вы и цифры, соответствующие содержанию легирующих элементов, те же, что и в марках стали.

Износоcтойкие чугуны, легированные никелем (до 5 %) и хромом (0,8 %), применяют для изготовления деталей, работающих в абразивных средах. Чугу ны (до 0,6 % Сr и 2,5 % Ni) с добавлением титана, меди, ванадия, молибдена обладают повышенной износостойкостью в условиях трения без смазочного материала. Их используют для изготовления тормозных барабанов автомоби лей, дисков сцепления, гильз цилиндров и др.

Жаростойкие легированные чугуны ЧХ2, ЧХЗ применяют для изготовле ния деталей контактных аппаратов химического оборудования, турбокомпрес соров, эксплуатируемых при температуре 600 °С (ЧХ 2) и 700 °С (ЧХ 3).

Жаропрочные легированные чугуны ЧНМШ, ЧНИГ7Х2Ш с шаровидным графитом работоспособны при температурах 500 – 600 °С и применяются для изготовления деталей дизелей, компрессоров и др.

Коррозионно-стойкие легированные чугуны марок ЧХ1, ЧНХТ, ЧНХМД ЧН2Х (низколегированные) обладают повышенной коррозионной стойкостью в газовой, воздушной и щелочной средах. Их применяют для изготовления дета лей узлов трения, работающих при повышенных температурах (поршневых ко лец, блоков и головок цилиндров двигателей внутреннего сгорания, деталей ди зелей, компрессоров и т. д.).

Антифрикционные чугуны используются в качестве подшипниковых спла вов, так как представляют группу специальных сплавов, структура которых удовлетворяет правилу Шарпи (включения твердой фазы в мягкой основе), спо собных работать в условиях трения как подшипники скольжения.

Для легирования антифрикционных чугунов используют хром, медь, ни кель, титан.

ГОСТ 1585 – 85 включает шесть марок антифрикционного серого чугуна (АЧС-1–АЧС-6) с пластинчатым графитом, две марки высокопрочного (АЧВ-1, АЧВ-2) и две марки ковкого (АЧК-1, АЧК-2) чугунов. Этим стандартом регла ментируются химический состав, структура, режимы работы, в нем также со держатся рекомендации по применению антифрикционных чугунов.

Различают перлитные и перлитно-ферритные антифрикционные чугуны Антифрикционные перлитные чугуны (АЧС-1, АЧС-2) и перлитно ферритный (АЧС-3) применяют при давлении в зоне контакта фрикционных пар до 50 МПа. Чугуны с шаровидным графитом АЧВ-1 (перлитный) и АЧВ- (перлитно-ферритный) применяют при повышенных нагрузках (до 120 МПа).

Цветные металлы и сплавы. Многие цветные металлы и их сплавы обла дают рядом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и другими достоин ствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занимают важное место среди конструкционных материалов.

Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде спла вов широко используются алюминий, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.

Алюминий и его сплавы. Алюминий – металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью, высокой электропроводностью, темпера тура плавления 660 °С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применялся ограниченно.

Для повышения физико-механических и технологических свойств алюми ний легируют различными элементами (Сr, Mg, Si, Zn). Железо и кремний яв ляются постоянными примесями алюминия. Железо вызывает снижение пла стичности и электропроводности алюминия. Кремний, как и медь, магний, цинк, марганец, никель и хром, относится к легирующим добавкам, упрочняю щим алюминий.

В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

– алюминий особой чистоты марки А 999 (0,001 % примесей);

– алюминий высокой чистоты – А 935, А 99, А 97, А95 (0,005 – 0,5 % при месей);

– технический алюминий – А 35, А 3, А 7, А 5, А 0 (0,15 – 0,5 % примесей).

Технический алюминий выпускают в виде полуфабрикатов для дальнейшей пе реработки в изделия. Алюминий высокой чистоты применяют для изготовления фольги, токопроводящих и кабельных изделий.

В автомобилестроении широкое применение получили сплавы на основе алюминия. Они классифицируются:

– по технологии изготовления, – по степени упрочнения после термической обработки;

– по эксплуатационным свойствам.

– Деформируемые сплавы. К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:

– алюминия с марганцем марки АМц;

– алюминия с магнием марок АМг;

АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6.

Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо штампуются и свариваются, но имеют невысокую прочность. Из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуа ры для жидкостей и газов, детали вагонов.

В группе деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термиче ской обработкой, различают сплавы:

– нормальной прочности;

– высокопрочные сплавы;

– жаропрочные сплавы;

– сплавы для ковки и штамповки.

Сплавы нормальной прочности. К ним относятся сплавы системы Алюми ний + Медь + + Магний (дюралюмины), которые маркируются буквой Д. Дюра люмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с после дующим охлаждением в воде. Закаленные дюралюмины подвергаются старе нию, что способствует увеличению их коррозионной стойкости.

Дюралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изго товляют лопасти винтов, из Д16 – несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 – один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы алюминия (В93, В95, В96) относятся к системе Алюминий +Цинк +Магний +Медь. В качестве легирующих добавок исполь зуют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эф фект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств, спла вы закаливают с последующим старением.

Высокопрочные сплавы по своим прочностным показателям превосходят дюралюмины, однако менее пластичны и более чувствительны к концентрато рам напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении – детали каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы алюминия (АК 4–1, Д 20) имеют сложный химиче ский состав, легированы железом никелем, медью и другими элементами. Жа ропрочность сплавам придает легирование, замедляющее диффузионные про цессы.

Детали из жаропрочных сплавов используются после закалки и искусст венного старения и могут эксплуатироваться при температуре до 300 °С. Спла вы для ковки и штамповки (АК 2, АК 4, АК 6, АК 8) относятся к системе Алю миний + Медь + Магний с добавками кремния. Сплавы применяют после закал ки и старения для изготовления средненагруженных деталей сложной формы (АК 6) и высокогруженных штампованных деталей – поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.

Литейные сплавы. Для изготовления деталей методом литья применяют алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для улучшения механиче ских свойств сплавы легируют титаном, бором, ванадием. Главным достоинст вом литейных сплавов является высокая жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие механические свойства.

Медь и ее сплавы. Главными достоинствами меди как машиностроитель ного материала являются высокие тепло- и электропроводность, пластичность, коррозионная стойкость в сочетании с достаточно высокими механическими свойствами. К недостаткам меди относят низкие литейные свойства и плохую обрабатываемость резанием.

Легирование меди осуществляется с целью придания сплаву требуемых механических, технологических, антифрикционных и других свойств. Химиче ские элементы, используемые при легировании, обозначают в марках медных сплавов следующими индексами: А – алюминий;

Вм – вольфрам;

Ви – висмут;

В – ванадий;

Км – кадмий;

Гл – галлий;

Г – германий;

Ж – железо;

Зл – золото;

К – кобальт;

Кр – кремний;

Мг – магний;

Мц – марганец;

М – медь;

Мш – мышьяк;

Н – никель;

О – олово;

С – свинец;

Сн – селен;

Ср – серебро;

Су – сурьма;

Ти – титан;

Ф – фосфор;

Ц – цинк.

Медные сплавы классифицируют:

по химическому составу на:

латуни;

бронзы;

медноникелевые сплавы;

по технологическому назначению на:

деформируемые;

литейные;

по изменению прочности после термической обработки на:

– упрочняемые;

– неупрочняемые.

Латуни – сплавы меди, а которых главным легирующим элементом являет ся цинк. В зависимости от содержания легирующих компонентов различают:

– простые (двойные) латуни;

– многокомпонентные (легированные) латуни.

Простые латуни маркируют буквой «Л» и цифрами, показывающими среднее содержание меди в сплаве. Например, сплав Л 90 – латунь, содержащая 90 % меди, остальное – цинк.

В марках легированных латуней группы букв и цифр, стоящих после них, обозначают легирующие элементы и их содержание в процентах. Например, сплав ЛАН КМц 75-2-2,5-0,5-0,5 – латунь алюминиевоникелькремнисто- мар ганцевая, содержащая 75 % меди, 2 % алюминия, 2,5 % никеля, 0,5 % кремния, 0,5 % марганца, остальное – цинк.

В зависимости от основного легирующего элемента различают алюминие вые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянистые, свинцовые и другие латуни.

Бронзы – это сплавы меди с оловом и другими элементами (алюминий, марганец, кремний, свинец, бериллий). В зависимости от содержания основных компонентов, бронзы можно условно разделить на:

– оловянные, главным легирующим элементом которых является олово;

– безоловянные (специальные), не содержащие олова.

Бронзы маркируют буквами «Бр», правее ставятся буквенные индексы элементов, входящих в состав. Затем следуют цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, сплав марки БрОЦС 5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5 %, остальное – медь (85 %).

В зависимости от технологии переработки оловянные и специальные брон зы подразделяют на:

– деформируемые;

– литейные;

– специальные.

Деформируемые оловянные бронзы содержат до 8 % олова. Эти бронзы используют для изготовления пружин, мембран и других деформируемых дета лей. Литейные бронзы содержат свыше 6 % олова, обладают высокими анти фрикционными свойствами и достаточной прочностью;

их используют для из готовления ответственных узлов трения (вкладыши подшипников скольжения).

Специальные бронзы включают в свой состав алюминий, никель, кремний, железо, бериллий, хром, свинец и другие элементы. В большинстве случаев на звание бронзы определяется основным легирующим компонентом.

Титан и его сплавы. Основными способами получения титана являются избирательная восстановительная плавка, восстановление тетрахлорида магния, переплав титановой губки. Очистку титана от примесей производят методом зонной плавки.

Титановые сплавы классифицируют по:

– технологическому назначению на литейные и деформируемые;

– механическим свойствам – низкой (до 700 МПа), средней (700 – МПа) и высокой (более 1000 МПа) прочности;

– эксплуатационным характеристикам – жаропрочные, химически стой кие и др.;

– отношению к термической обработке – упрочняемые и неупрочняемые;

– структуре (-, +- и -сплавы). Деформируемые титановые сплавы по механической прочности выпускаются под марками:

– низкой прочности – ВТ 1;

– средней прочности – ВТ 3, ВТ 4, ВТ 5;

– высокой прочности ВТ 6, ВТ 14, ВТ 15 (после закалки и старения).

Для литья применяются сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ 14Л), а также специальные литейные сплавы.

Магний и его сплавы. Главным достоинством магния как машинострои тельного материала являются низкая плотность, технологичность. Однако его коррозионная стойкость во влажных средах, кислотах, растворах солей крайне низка. Чистый магний практически не используют в качестве конструкционно го материала из-за его недостаточной коррозионной стойкости. Он применяется в качестве легирующей добавки к сталям и чугунам и в ракетной технике при создании твердых топлив.

Эксплуатационные свойства магния улучшают легированием марганцем, алюминием, цинком и другими элементами. Легирование способствует повы шению коррозионной стойкости (Zr, Mn), прочности (Al, Zn, Mn, Zr), жаро прочности (Th) магниевых сплавов, снижению окисляемости их при плавке, ли тье и термообработке.

Сплавы на основе магния классифицируют по:

–механическим свойствам – невысокой, средней прочности;

высокопроч ные, жаропрочные;

– технологии переработки – литейные и деформируемые;

– отношению к термической обработке – упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

Маркировка магниевых сплавов состоит из буквы, обозначающей соответ ственно сплав (М), и буквы, указывающей способ технологии переработки (А – для деформируемых, Л – для литейных), а также цифры, обозначающей поряд ковый номер сплава.

Деформируемые магниевые сплавы MA1, MA2, МА3, MA8 применяют для изготовления полуфабрикатов – прутков, труб, полос и листов, а также для штамповок и поковок.

Литейные магниевые сплавы МЛ1, МЛ2, МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6 нашли широкое применение для производства фасонных отливок. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной и автомобильной промышленности: картеры, корпуса приборов, колесные диски, фермы шасси самолетов.

Ввиду низкой коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

Баббиты и припои. Для изготовления деталей, эксплуатируемых в усло виях трения скольжения, используют сплавы, характеризующиеся низким ко эффициентом трения, прирабатываемостью, износостойкостью, малой склонно стью к заеданию.

К группе антифрикционных материалов относят сплавы на основе олова, свинца и цинка.

Баббиты – антифрикционные материалы на основе олова и свинца.

В состав баббитов вводятся легирующие элементы, придающие им специфиче ские свойства: медь увеличивает твердость и ударную вязкость;

никель – вяз кость, твердость, износостойкость;

кадмий – прочность и коррозионную стой кость;

сурьма – прочность сплава.

Баббиты применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения, работающих при больших окружных скоростях и при переменных и ударных нагрузках.

По химическому составу баббиты классифицируют на группы:

– оловянные (Б83, Б88), – оловянно-свинцовые (БС6, Б16);

– свинцовые (БК2, БКА).

Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты.

Баббиты на основе свинца имеют несколько худшие антифрикционные свойст ва, чем оловянные, но они дешевле и менее дефицитны. Свинцовые баббиты применяют в подшипниках, работающих в легких условиях.

В конструктивных элементах подвижного состава железных дорог используют подшипники скольжения из кальциевых баббитов.

В марках баббитов цифра показывает содержание олова. Например, баббит БС6 содержит по 6 % олова и сурьмы, остальное – свинец.

Антифрикционные цинковые ставы (ЦВМ 10-5, ЦАМ 9-1,5) используют для изготовления малонагруженных подшипников скольжения. Их применяют в литом или деформированном виде: для отливки подшипников, изготовления прокатных полос и биметаллических лент с последующей штамповкой изделий.

Такие подшипники успешно заменяют бронзовые при температурах эксплуата ции, не превышающих 120 °С.

Лекция 7. Неметаллические материалы. Композиционные материа лы. Полимеры. Области применения различных материалов Неметаллические материалы. Понятие «неметаллические материалы»

включает большой ассортимент материалов таких, как пластические массы, композиционные материалы, резиновые материалы, резиновые материалы, клеи, лакокрасочные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керами ка и др.

Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и применяются как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы.

Отдельные материалы обладают высокой механической прочностью, легко стью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционны ми характеристиками, оптической прозрачностью и т.п. Особо следует отме тить технологичность неметаллических материалов.

Применение неметаллических материалов обеспечивает значительную эконо мическую эффективность. Основной неметаллических материалов являются полимеры, главным образом синтетические. Создателем структурной теории химического строения органических соединений являются великий русский химик А. М. Бутлеров. Промышленное производство первых синтетических пластмасс (фенопластов) явилось результатом глубоких исследований, прове денных Г. С. Петровым (1907– 1914 г.). Блестящие исследования позволили С.

В. Лебедеву впервые в мире осуществить промышленный синтез каучука ( г.). Н. Н.Семеновым разработана теория цепных реакций (1930–1940 г.) и рас пространена на механизм цепной полимеризации.

Успешное развитие химии и физики полимеров связана с именами вид ных ученых: П. П. Кобеко, В. А. Каргина, А. П. Александрова, С. С. Медведева, С. Н. Ушакова, В. В. Коршака и др. Важный вклад внесен К. К. Андриановым в развитии химии кремнийорганических полимеров, широко применяемых в ка честве термостойкости материалов.

Резиновые материалы. Резиной называют продукт специальной обра ботки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.

Резина как технический материал отличается от других материалов высо кими эластичными свойствами, которые присущи каучуку – главному исход ному компоненту резины. Она способна к очень большим дефармациям (относительное удлинение достигает 1000%), которая почти полностью обра тимы. При комнатной температуре резина находится в высокоэластичном со стоянии, и ее эластические свойства сохраняются в широком диапазоне темпе ратур.

В результате совокупности технических свойств резиновых материалов их применяют для амортизации, уплотнения и герметизации в условиях воз душных и жидкостных средств, химической защиты деталей машин, производ ства тары для хранения масел и горючего, различных трубопроводов (шлангов), для покрышек и камер колес самолетов, автотранспорта и т.д. Номенклатура резиновых изделий насчитывает более 40 000 наименований.

По назначению резины подразделяют на резины общего назначения и ре зины специального назначения (специальные).

Применяемые в машиностроении резиновые детали подразделяют по на значению на следующие группы: уплотнительные;

вибро- и звукоизолирующие и противоударные;

силовые (шестерни, корпуса насосов, муфты, шарниры);

опоры скольжения (резинометаллические подшипники, подпятники;

опоры, ниппели);

гибкие компенсационные проставки, трубы для транспортирования жидкости и газа (сильфоны, муфты, патрубки и др.);

противоизносные (асфаль тоходные башмаки, протекторные кольца, катки и др.);

фрикционные детали и инструменты (шлифовальные диски, фрикционные колеса);

несиловые и за щитные (ковры, ручки, педали и т. д.);

декоративные (полосы, шнуры).

Представителями резинотканевых изделий является напорные рукава для топлива, масла, воды, раствор кислот и щелочей и газов;

рукава могут быть гибкими трубопроводами воздушных тормозов. Для увеличения прочности и устойчивости смятию рукава армируют металлической проволокой. Резинотка невые приводные ремни бывают плоскими и клиновыми, последние изготавли вают с кордшнуром или кордтканью в несущем слое ремня. Транспортерной ленты применяют для перемещения грузов по горизонтали или под небольшим уклоном. Шины бывают пневматические, в которых амортизационная способ ность обеспечивается сжатым воздухом и частично эластическими свойствами машинных материалов, и массивными или цельнорезиновыми, в которых ис пользуется только эластичность самого резинового материала.

Полимеры. Полимерами называют вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных звеньев (мономеров) одинаковой структуры.

Пластмассы. Пластмассами (пластиками) называют искусственные ма териалы, получаемые на основе органических полимерных связующих веществ.

Эти материалы способны при нагревании размягчаться, становятся пластичны ми, и тогда под давлением им можно придать заданную форму, которая затем сохраняется. В зависимости от природы связующего переход отформованной массы в твердое состояние совершается или при дальнейшем ее нагревании, или при последующем охлаждении.

По применению пластмассы можно подразделить на силовые (конструк ционные, фрикционные и антифрикционные, электроизоляционные) и несило вые (оптические прозрачные, химически стойкие, электроизоляционные, теп лоизоляционные, декоративные, уплотнительные, вспомогательные). Однако это деление условно, так как одна и та же пластмасса может обладать разными свойствами: например, полиамиды применяют в качестве антифрикционных и электроизоляционных материалов и т. д.

Пластмассы по своим физико-механическим и технологическим свойст вам являются наиболее прогрессивными и часто незаменимыми материалами для машиностроения.

Недостатками пластмасс являются невысокая теплостойкость, низкие мо дуль упругости и ударная вязкость по сравнению с металлами и сплавами, а для некоторых пластмасс – склонность к старению.

Термопластические пластмассы: полиэтилен;

полипропилен;

полисти рол;

фторопласт.

Органическое стекло – это прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот.

Органическое стекло используют в самолетостроении, в автомобиле строении. Из органического стекла изготавливают светотехнические детали, оптические линзы и др. На основе полиметилметакрилата получают самоот верждающиеся пластмассы: АСТ, стиракрил, АКР.

Поливинилхлорид – является полярным аморфным полимером.

Пленочные материалы применяют для изоляции проводов и кабелей, кон сервации двигателей, изготовления средств защиты при работе с радиоактив ными веществами. Из пластиката получают трубы, печатные валики, уплотни тельные прокладки;

используют для покрытия тканей (например конвейерные ленты).

Полиамиды – это группа пластмасс с известными названиями: капрон, нейлон, анид и др.

Из полиамидов изготавливают шестерни, втулки, подшипники, болты, гайки, шкивы, детали ткацких станков, маслобензопроводы, уплотнители гид росистем, колеса центробежных насосов, турбин, турбобуров, буксирные кана ты и т. д. Полиамиды используют в электротехнической промышленности, ме дицине и, кроме того, как антифрикционные покрытия металлов.

Пентапласт является хлорированным простым полиэфиром, относится к медленно кристаллизирующимся полимерам. Пентапласт более устойчив к на греванию по сравнению с поливинилхлоридом (отщепление хлористого водо рода под действием температуры не происходит). Прочность пентапласта близ ка к прочности винипласта, он выдерживает температуру 180 С и хорошо фор мируется, нехладотекуч, стоек к истиранию. Пентапласт водостоек, по химиче ской стойкости занимает промежуточное положение между фторопластом и винипластом. Из пентапласта изготовляют трубы, клапаны, детали насосов и точных приборов, емкости, пленки и защитные покрытия на металлах.

Полиимиды – ароматические гетероциклические полимеры.

Полиимиды применяют в виде пленок для изоляции проводов и кабелей, печатных схем, электронно – вакуумной тепловой изоляции. Пресс-материалы используют для изготовления изделий конструкционного, антифрикционного и электроизоляционного назначения. Полиимидные связующие применяют для наполненных пластиков.

Композиционные материалы. Композиционными называют искусствен ные материалы, получаемые сочетанием химически разнородных компонентов.

Одним из компонентов является матрица (для полимеров–связующие), другим – упрочнители. Родоначальником композиционных материалов является нор мированные стеклопластики. Их физическая природа, схемы армирования и расчетные особенности переносятся на композиционные полимерные материа лы. Композиционные материалы являются перспективными конструкционными материалами для различных отраслей машиностроения.

Лекция 8. Основы термической обработки Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

Термическая обработка используется в качестве промежуточной опера ции для улучшения обрабатываемости резанием, давлением и др. и как оконча тельная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уро вень физико-механических свойств детали.


Основными факторами любого вида термической обработки являются температура, время, скорость нагрева и охлаждения.

Виды термической обработки стали. Различают три основных вида термической обработки металлов:

– собственно термическая обработка, которая предусматривает только тем пературное воздействие на металл;

– химико-термическая обработка, при которой в результате взаимодействия с окружающей средой при нагреве меняется состав поверхностного слоя ме талла и происходит его насыщение различными химическими элементами;

– термомеханическая обработка, при которой структура металла изменяет ся за счет термического и деформационного воздействия.

Основные виды собственно термической обработки стали:

– отжиг первого рода – нагрев, выдержка и охлаждение стального изделия с целью снятия остаточных напряжений и искажений кристаллической решетки после предшествующей обработки;

– отжиг второго рода – нагрев выше температуры фазового превращения и медленное охлаждение, для получения равновесного фазового состава стали;

– закалка – нагрев выше температур фазового превращения с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного состояния;

– отпуск – нагрев закаленной стали ниже температур фазовых превращений и охлаждение для снятия остаточных напряжений после закалки. Если отпуск проводится при комнатной температуре или несколько ее превышающей, он называется старением.

Отжиг и нормализация. Отжиг – термическая обработка, при которой сталь нагревается до определенной температуры, выдерживается при ней и за тем медленно охлаждается в печи для получения равновесной, менее твердой структуры, свободной от остаточных напряжений.

К отжигу I рода, не связанному с фазовыми превращениями в твердом со стоянии, относятся:

– диффузионный отжиг (или гомогенизация) – нагрев до 1000 – 1100 °С для устранения химической неоднородности, образовавшейся при кристаллизации металла. Гомогенизации подвергают слитки или отливки высоколегированных сталей. Получается крупнозернистая структура, которая измельчается при по следующем полном отжиге или нормализации;

– рекристаллизационный отжиг, который применяется для снятия наклепа после холодной пластической деформации. Температура нагрева чаще всего находится в пределах 650–700°С;

– отжиг для снятия внутренних напряжений. Применяют с целью уменьшения напряжений, образовавшихся в металле при литье, сварке, обработке резанием и т. д. Температура отжига находится в пределах 200–700°С, чаще 350–600°С.

Отжиг II рода (или фазовая перекристаллизация) может быть полным и неполным;

– полный отжиг – нагрев стали на 30 – 50° выше верхней критической точки (линия С.S) с последующим медленным охлаждением. При этом отжиге проис ходит полная перекристаллизация: при нагреве феррито-перлитная структу ра переходит в аустенитную, а при охлаждении аустенит превращается обрат но в феррит и перлит. Полному отжигу подвергают отливки, поковки, прокат для измельчения зерна, снятия внутренних напряжений. При этом повышаются пластичность и вязкость.

– неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (на 30 – 50° выше температуры перлитного превращения).

При этом произойдет перекристаллизация только перлитной составляющей.

Это более экономичная операция, чем полный отжиг, так как нагрев произво дится до более низких температур. При неполном отжиге улучшается обраба тываемость резанием в результате снижения твердости и повышения пластич ности стали.

– изотермический отжиг заключается в нагреве и выдержке при температуре на 30 – 50° выше верхней критической точки, охлаждении до 600 – 700°С, вы держке при этой температуре до полного превращения аустенита в перлит и последующем охлаждении на воздухе. При таком отжиге уменьшается время охлаждения, улучшается обрабатываемость резанием. Применяется для легиро ванных сталей.

Нормализация – разновидность отжига;

при нормализации охлаждение про водится на спокойном воздухе. Скорость охлаждения несколько больше, чем при обычном отжиге, что определяет некоторое отличие свойств отожженной и нормализованной стали.

Закалка – это термическая обработка, которая заключается в нагреве ста ли до температур, превышающих температуру фазовых превращений, выдерж ке при этой температуре и последующем охлаждении со скоростью, превы шающей критическую минимальную скорость охлаждения. Основной целью закалки является получение высокой твердости, упрочнение. В основе закалки лежит аустенитно-мартенситное превращение.

Температура нагрева под закалку легированных сталей обычно выше, чем для углеродистых. Диффузионные процессы в легированных сталях протекают медленнее, поэтому для них требуется более длительная выдержка. Нагрев ле гированных сталей до более высокой температуры и более длительная выдерж ка не сопровождается ростом зерна, так как легирующие элементы снижают склонность к росту зерна при нагреве. После закалки структура состоит из ле гированного мартенсита.

Для достижения максимальной твердости при закалке стремятся получать мартенситную структуру. Минимальная скорость охлаждения, необходимая для переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется критической скоростью закалки. Скорость охлаждения определяется видом охлаждающей среды.

Обычно для закалки используют кипящие жидкости: воду;

водные рас творы солей и щелочей;

масла.

Выбор конкретной закалочной среды определяется видом изделия. На пример, воду с температурой 18 – 25°С используют в основном при закалке де талей простой формы и небольших размеров, выполненных из углеродистой стали. Детали более сложной формы из углеродистых и легированных сталей закаляют в маслах. Для закалки легированных сталей часто используют водные растворы NаСl и NaОН с наиболее высокой охлаждающей способностью. Для некоторых легированных сталей достаточная скорость охлаждения обеспечива ется применением спокойного или сжатого воздуха.

Из-за пониженной теплопроводности легированных сталей их нагревают и охлаждают медленнее.

Важными характеристиками стали, необходимыми для назначения техно логических режимов закалки, являются закаливаемость и прокаливаемость.

Закаливаемость характеризует способность стали к повышению твердости при закалке и зависит главным образом от содержания углерода в стали. Закали ваемость оценивают по твердости поверхностного слоя стального образца по сле закалки.

Прокаливаемость характеризует способность стали закаливаться на тре буемую глубину. Прокаливаемость оценивается по расстоянию от поверхности изделия до слоя, в котором содержится не менее 50 % мартенсита. Зависит про каливаемость от критической скорости охлаждения: чем меньше критическая скорость закалки, тем выше прокаливаемость. На прокаливаемость оказывают влияние химический состав стали, характер закалочной среды, размер и форма изделия и многие другие факторы. Легирование стали способствует увеличе нию ее прокаливаемости. Прокаливаемость деталей из среднеуглеродистой стали при закалке в масле ниже, чем при закалке в воде. Прокаливаемость рез ко уменьшается с увеличением размеров заготовки.

При сквозной прокаливаемости по сечению изделия механические свой ства одинаковы, при несквозной прокаливаемости в сердцевине наблюдается снижение прочности, пластичности и вязкости металла. Прокаливаемость явля ется важной характеристикой стали и при выборе марки стали рассматривается наряду с ее механическими свойствами, технологичностью и себестоимостью.

Способы закалки стали:

- закалка в одном охладителе, при которой нагретая деталь погружается в охлаждающую жидкость и остается там до полного охлаждения. Наиболее про стой способ. Недостаток – возникновение значительных внутренних напряже ний. Закалочная среда – вода для углеродистых сталей сечением более 5 мм, масло – для деталей меньших размеров и легированных сталей;

– закалка в двух средах, при которой деталь до 300 – 400°С охлаждают в воде, а затем переносят в масло. Применяют для уменьшения внутренних напряжений при термообработке изделий из инструментальных высокоуглеродистых ста лей. Недостаток – трудность регулирования выдержки деталей в первой среде;

– ступенчатая закалка, при которой деталь быстро охлаждается погружени ем в соляную ванну с температурой, немного превышающей температуру мартенситного превращения, выдерживается до достижения одинаковой темпе ратуры по всему сечению, а затем охлаждается на воздухе. Медленное охлаж дение на воздухе снижает внутренние напряжения и возможность коробления.

Недостаток – ограничение размера деталей;

– изотермическая закалка, при которой деталь выдерживается в соляной ванне до окончания изотермического превращения аустенита. Применяют для конструкционных легированных сталей. При такой закалке обеспечивается достаточно высокая твердость при сохранении повышенной пластичности и вязкости;

– закалка с самоотпуском, при которой в закалочной среде охлаждают только часть изделия, а теплота, сохранившаяся в остальной части детали после извлечения из среды, вызывает отпуск охлажденной части. Применяют для термообработки ударного инструмента типа зубил, молотков, которые должны сочетать высокую твердость и вязкость;

– обработка холодом состоит в продолжении охлаждения закаленной стали ниже 0 °С до температур конца мартенситного превращения (обычно не ниже – 75 °С). В результате обработки холодом повышается твердость и стабилизуют ся размеры деталей. Наиболее распространенной является охлаждающая среда смеси ацетона с углекислотой.

Отпуск – это заключительная операция термической обработки стали, которая заключается в нагреве ниже температуры перлитного превращения (727 °С), выдержке и последующем охлаждении. При отпуске формируется окончательная структура стали. Цель отпуска – получение заданного комплекса механических свойств стали, а также полное или частичное устранение зака лочных напряжений.

Различают следующие виды отпуска:


– низкий отпуск проводят при 150–200 °С для снижения внутренних напряже ний и некоторого уменьшения хрупкости мартенсита. Закаленная сталь после низкого отпуска имеет структуру отпущенного мартенсита, твердость ее почти не снижается, а прочность и вязкость повышаются. Низкий отпуск применяют для углеродистых и низколегированных сталей, из которых изготавливается режущий и измерительный инструмент, а также для машиностроительных де талей, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

– средний отпуск проводят при 350 – 450°С для некоторого снижения твердо сти при значительном увеличении предела упругости. Структура стали пред ставляет троостит отпуска, обеспечивающий высокие пределы прочности, уп ругости и выносливости, а также улучшение сопротивляемости действию удар ных нагрузок. Этот отпуск применяют для пружин, рессор и для инструмента, который должен иметь значительную прочность и упругость при достаточной вязкости.

– высокий отпуск проводят при 440 – 650 °С для достижения оптимального сочетания прочностных, пластических и вязких свойств. Структура стали пред ставляет собой однородный сорбит отпуска с зернистым строением цементита.

Высокий отпуск применяется для конструкционных сталей, детали из которых подвергаются действию высоких напряжений и ударным нагрузкам. Термиче ская обработка, состоящая из закалки с высоким отпуском (улучшение), явля ется основным видом термической обработки конструкционных сталей.

Отпуск легированных сталей проводят при более высоких температурах, чтобы ускорить диффузию легирующих элементов. Все легирующие элементы, особенно хром, молибден, кремний, затрудняют процесс распада мартенсита при нагреве. Структура отпущенного мартенсита может сохраняться при 400 – 600°С.

При одинаковой температуре отпуска прочность и пластичность легиро ванных сталей выше, чем углеродистых.

Искусственное старение – это отпуск при невысоком нагреве. При ис кусственном старении детали нагревают до температуры 120 – 150°С и выдер живают при ней в течение 10 – 35 часов. Длительная выдержка позволяет, не снижая твердости закаленной стали, стабилизировать размеры деталей. Искус ственное старение значительно ускоряет процессы, которые происходят при ес тественном старении. Естественное старение заключается в выдержке деталей и инструмента при комнатной температуре и длится три и более месяцев.

Поверхностная закалка – это термическая обработка, при которой зака ливается только поверхностный слой изделия на заданную глубину, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной. В результате поверхностный слой обладает высокой прочностью, а сердцевина изделия остается пластичной и вязкой, что обеспечивает высокую износостойкость и одновременно стойкость к динамическим нагрузкам.

В промышленности применяют следующие методы поверхностной закал ки:

– закалку с индукционным нагревом токами высокой частоты при массовой обработке стальных изделий;

– газопламенную поверхностную закалку пламенем газовых или кислород ацетиленовых горелок (температура пламени 2400 – 3000°С) для единичных крупных изделий;

– закалку в электролите для небольших деталей в массовом производстве;

– лазерную закалку, позволяющую существенно увеличить износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости.

Закалка с индукционным нагревом (нагрев ТВЧ) – наиболее распростра ненный способ поверхностной закалки.

Преимущества поверхностной закалки ТВЧ: регулируемая глубина зака ленного слоя;

высокая производительность;

возможность автоматизации;

от сутствие безуглероживания и окалинообразования;

минимальное коробление детали. Недостатком является высокая стоимость индуктора, индивидуального для каждой детали.

Поверхностную закалку применяют для углеродистых сталей, почти не содержащих (около 0,4 %) углерода, для легированных сталей ее почти не при меняют. Высокочастотной закалке подвергают шейки коленчатых валов, гиль зы цилиндров, поршневые пальцы, пальцы рессоры и т. д. Толщина упрочняе мого слоя составляет 1,5 – 3 мм, если требуется только высокая износостой кость, и возрастает до 5 – 10 мм в случае высоких контактных нагрузок и воз можной перешлифовки.

Повысить комплекс механических свойств стали по сравнению с обычной термической обработкой позволяют методы, сочетающие термическую обра ботку с пластическим деформированием.

Термомеханическая обработка (ТМО) заключается в сочетании пласти ческой деформации стали в аустенитном состоянии с закалкой. После закалки проводят низкотемпературный отпуск.

В зависимости от температуры, при которой сталь подвергают пластической деформации, различают два основных способа термомеханической обработки:

– высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО), при которой деформируют сталь, нагретую до однофазного аустенитного состояния (выше линии С5 на диаграмме железо – цементит). Степень деформации составляет 20 – 30 %. После деформации следует немедленная закалка ;

– низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО), при которой сталь деформируют в области устойчивости переохлажденного аустенита ( –600°С);

температура деформации ниже температуры рекристаллизации, но выше температуры начала мартенситного превращения. Степень деформации составляет 75–95 %. Сразу после деформации проводят закалку.

В обоих случаях после закалки следует низкотемпературный отпуск (100 – 300°С).

Термомеханическая обработка позволяет получить очень высокую проч ность при хорошей пластичности и вязкости. Наибольшее упрочнение достига ется при НТМО, но проведение ее более сложно по сравнению с ВТМО, так как требуются более высокие усилия деформации. ВТМО более технологична, она обеспечивает большой запас пластичности и лучшую конструктивную проч ность.

Механотермическая обработка, так же как и термомеханическая, сочетает закалку и деформирование, но имеет обратный порядок этих процессов: снача ла сталь подвергают термической обработке, а затем деформируют. Одним из видов механотермической обработки является патентирование.

Патентирование заключается в термической обработке на троостит с по следующей деформацией на 90 – 95 %. Такая обработка позволяет достичь пре дела прочности тонкой проволоки из высокоуглеродистой стали до 5000 МПа.

В практике механотермической обработки также используется деформи рование образца на 3 – 5 % после мартенситного превращения, что позволяет повысить предел прочности на 10 – 20 %.

Химико-термической обработкой называется тепловая обработка метал лических изделий в химически активных средах для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев. Химико-термическая обра ботка основана на диффузии атомов различных химических элементов в кри сталлическую решетку железа при нагреве в среде, содержащей эти элементы.

Любой вид химико-термической обработки состоит из следующих про цессов:

–диссоциация – распад молекул и образование активных атомов насыщен ного элемента, протекает во внешней среде;

– адсорбция – поглощение (растворение) поверхностью металла свободных атомов, происходит на границе газ—металл;

–диффузия – перемещение атомов насыщающего элемента с поверхности вглубь металла.

Насыщающий элемент должен взаимодействовать с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения, иначе процессы ад сорбции и диффузии невозможны. Глубина проникновения диффундирующих атомов (толщина диффузионного слоя) зависит от состава стали, температуры и продолжительности насыщения.

Цементация – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Целью цементации является получение твердой и изно состойкой поверхности в сочетании с вязкой сердцевиной. Для этого поверхно стный слой обогащают углеродом до концентрации 0,8 – 1,0 % и проводят за калку с низким отпуском.

Цементацию проводят при температурах 920 – 950°С, когда устойчив ау стенит, растворяющий углерод в больших количествах. Для цементации ис пользуют низкоуглеродистые стали (0,1 – 0,3 % С), поэтому сердцевина сталь ного изделия сохраняет вязкость. Толщина (глубина) цементированного слоя составляет 0,5–2,5 мм.

Структура слоя после цементации обычно получается крупнозернистой, так как выдержку проводят при высокой температуре. Для исправления струк туры, измельчения зерна и повышения комплекса механических свойств по верхностного слоя проводят термообработку: закалку (820 – 850°С) и низкий отпуск (150 – 170°С).

После термической обработки структура поверхностного слоя представ ляет собой мартенсит или мартенсит с небольшим количеством карбидов (твердость НRС 60 – 64). Структура сердцевины деталей из углеродистых ста лей – феррит и перлит;

из легированных сталей – низкоуглеродистый мартен сит, троостит или сорбит (твердость НRС 20–40) в зависимости от марки стали и размеров изделия.

Науглероживающей средой при цементации служат:

–твердые карбюризаторы (науглероживающие вещества), в качестве ко торых применяют смесь древесного угля с углекислым барием, кальцием и на трием;

–жидкие соляные ванны, в состав которых входят поваренная соль, углекис лый натрий, цианистый натрий и хлористый барий;

–газы, содержащие углерод (природный, светильный и др.). Газовая цемен тация является основным процессом для массового производства.

Цементируют детали, работающие в условиях трения, при больших дав лениях и циклических нагрузках, например, шестерни, поршневые пальцы, распределительные валы и др.

Азотирование – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом для придания этому слою высокой твердости, износостойко сти и устойчивости против коррозии. Процесс азотирования состоит в выдерж ке в течение довольно длительного времени (до 60 часов) деталей в атмосфере аммиака при температуре 500 – 600°С.

Активные атомы азота проникают в решетку железа и диффундируют в ней. При этом образуются нитриды железа, но они не обеспечивают достаточ ной твердости. Высокую твердость азотированному слою придают нитриды ле гирующих элементов, таких как хром, молибден, алюминий, титан.

Поэтому азотированию подвергают легированные стали, содержащие указанные элементы, например, 35ХМОА, 18ХГТ, 40Х и др. Углеродистые стали подвергают только антикоррозионному азотированию.

Азотированию подвергают готовые изделия, уже прошедшие механиче скую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском).

Они имеют высокую прочность и вязкость, которые сохраняются в сердцевине детали и после азотирования. Высокая прочность металлической основы необ ходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливал ся при работе детали. Глубина азотированного слоя составляет 0,3 – 0,6 мм. Высокая твердость поверхностного слоя достигается сразу после азотирования и не требует последующей термической обработки.

Преимущества азотирования по сравнению с цементацией:

–более высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя;

–сохранение высоких свойств поверхностного слоя при нагреве до 400–600°С;

–высокие коррозионные свойства;

–после азотирования не требуется закалка. Недостатки азотирования по срав нению с цементацией:

–более высокая длительность процесса;

–применение дорогостоящих легированных сталей.

Поэтому азотирование применяют для более ответственных деталей, от которых требуется особо высокое качество поверхностного слоя. Азотирова нию подвергают детали автомобилей: шестерни, коленчатые валы, гильзы, ци линдры и др.

Цианирование (нитроцементация) – это процесс совместного насыщения поверхности стальных изделий азотом и углеродом. Основной целью цианиро вания является повышение твердости и износостойкости деталей.

Цианирование широко применяют в тракторном и автомобильном производст ве.

Диффузионная металлизация – это процесс диффузионного на сыщения поверхностных слоев стали различными металлами (алюминием, хромом, кремнием, бором). После диффузионной металлизации детали приоб ретают ряд ценных свойств, например, жаростойкость, окалиностойкость и др.

Алитирование – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием. Проводится в порошкообразных смесях или расплавленном алюминии. Толщина алитированного слоя составляет 0,2 – 1,0 мм;

концентра ция алюминия в нем до 30%. Алитирование применяют для повышения корро зионной стойкости и жаростойкости деталей из углеродистых сталей, рабо тающих при высокой температуре.

Хромирование – это процесс диффузионного насыщения поверхности хромом. Толщина слоя составляет 0,2 мм. Хромирование используют для изде лий из сталей любых марок. При хромировании обеспечивается высокая стой кость против газовой коррозии до 800°С, окалиностойкость и износостойкость деталей в агрессивных средах (морская вода, кислоты).

Силицирование – это процесс диффузионного насыщения поверхности кремнием. Толщина слоя составляет 0,3—1,0 мм. Силицирование обеспечивает наряду с повышенной износостойкостью высокую коррозионную стойкость стальных изделий в кислотах и морской воде. Применяется для деталей, ис пользуемых в химической и нефтяной промышленности.

Борирование – это процесс диффузионного насыщения поверхности бо ром. Толщина борированного слоя достигает 0,4 мм. Борирование придает по верхностному слою исключительно высокую твердость, износостойкость и ус тойчивость против коррозии в различных средах.

Раздел 2. Структура и продукция металлургического и литейного производства Глава 3. Металлургия металлов Лекция 9. Производство чугуна. Производство стали Структура и продукция металлургического производства. Металлы и сплавы на их основе являются основными конструкционными материалами, основой современного машино- и приборостроения. Объем производства чер ных и цветных металлов и сплавов всегда является важнейшим показателем уровня развития экономики, мощи и обороноспособности государства.

Металлургия – наука об извлечении металлов из природных соединений (руд) и дальнейшей их переработки с целью придания металлу определенных свойств.

Различают черную металлургию, занимающуюся производством железа и его сплавов, и цветную – производство всех остальных металлов и их сплавов.

Металлургическое производство – сложная система производств, базирую щихся на месторождении руд, коксующихся углей, энергетических комплексах.

Структура металлургического производства включает: шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;

горно-обогатительные комбинаты (ГОК), где обогащают руды, подготовляя их к плавке;

коксохимические заводы, где осу ществляют подготовку углей, их коксование и извлечение из них полезных хи мических продуктов;

энергетические цеха для получения сжатого воздуха и ки слорода, очистки металлургических газов;

доменные цеха для выплавки чугуна и ферросплавов;

сталеплавильные цеха (мартеновские, конвертерные, электро плавильные) для производства стали;

прокатные цеха для переработки выплав ленного металла в сортовой, трубный, листовой и специальный прокат.

Основная продукция черной металлургии: предельный (белый) чугун для переработки на сталь;

литейный (серый) чугун для получения фасонных отли вок на машиностроительных заводах;

ферросплавы (ферромарганец, ферроси лиций, феррованадий и другие) для выплавки легированных сталей;

стальные слитки для производства проката;

кузнечные слитки для изготовления крупных кованых валов, роторов турбин, дисков и т. п.

Продукция цветной металлургии: слитки (чушки) цветных металлов для прокатки различных профилей;

лигатуры – сплавы из цветных металлов для получения легированных сплавов;

слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения, электронной техники и других отраслей.

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.

Промышленной рудой называют горную породу, из которой на данном уровне целесообразно извлекать металлы или их соединения. Например, в на стоящее время целесообразно извлекать металлы, если их содержание в руде составляет: железа не менее 30 – 60%, меди 1– 6%, молибдена 0,005– 0,02%.

Бедные руды обогащают на ГОКах, то есть удаляют из руды часть пустой породы и получают концентрат с повышенным содержанием металла.

Флюсы – это материалы, загружаемые в плавильную печь для образова ния легкоплавкого соединения (сплавления) пустой породы, золы из топлива и других веществ, которые нужно удалить из конечного продукта. Такое соеди нение называется шлаком. Обычно шлак легче металла, располагается в печи сверху (всплывает) и может быть удален (слит) в процессе плавки. Шлак защи щает расплавленный металл от контакта с воздухом и печными газами. Шлак бывает кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды (SiO2;

P2O5) и основным, если преобладают основные оксиды (CaO;

MgO;

FeO).

Топливом в металлургических печах служат кокс, природный газ, мазут, печные газы. Кокс получают на коксохимических заводах путем сухой пере гонки при температуре 1000°С (без доступа воздуха) каменного угля специаль ных коксующихся сортов.

Огнеупорные материалы применяют для внутренней облицовки (футе ровки) металлургических печей и ковшей для расплавленного металла. По хи мическим свойствам огнеупоры разделяют на кислые, основные и нейтральные.

Кислые огнеупоры содержат большое количество кремнезема SiO2 (динасовые, кварцеглинистые, кварцевый песок). Основные огнеупоры содержат основные оксиды CaO, MgO (магнезитовый, магнезитохромитовый кирпич). Нейтральные огнеупоры состоят из оксидов А12О3;

Сr2О3 (шамотный кирпич, высокоглино земный, углеродистые блоки из графита).

При высоких температурах футеровка печи взаимодействует с флюсами и шлаками, поэтому в основной печи нельзя применять кислые флюсы и наобо рот, в печи с кислой футеровкой – основные флюсы, так как это приведет к раз рушению футеровки печи. Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топлива и флюсы.

Железные руды содержат железо в различных соединениях (чаще всего оксидах и карбонатах): магнитный железняк Fe3O4 (50–70% Fe);

красный же лезняк Fe2O3 (50– 60% Fe);

бурый железняк, содержащий гидраты оксидов же леза Fe2O3·H2O (30–50% Fe);

шпатовый железняк FeCO3 (30–50% Fe).

Топливом для доменной плавки служит кокс, позволяющий получить не обходимую температуру и создать условия для восстановления железа из руды.

В целях экономии часть кокса заменяют природным газом, мазутом, пылевид ным топливом.

Флюсом при доменной плавке служит известняк CaCO3. Это необходимо для удаления серы и фосфора из металла, в который они переходят из кокса и руды.

Сущность выплавки чугуна в доменных печах заключается в восста новлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водоро дом и твердым углеродом, выделяющимися при сгорании топлива в печи.

Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный внутри шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник, шахту, распар, за плечики, горн, лещадь. В верхней части колошника находится засыпной аппа рат, через который в печь загружают шихту.

При работе печи шихта, проплавляясь, опускается вниз. В верхней части горна находятся фурмы, через которые в печь поступает горячий воздух (ду тье), необходимый для горения топлива.

Воздух нагревается (для уменьшения потерь тепла и снижения расхода кокса) в воздухонагревателях за счет тепла отходящих из домны горячих газов.

Воздухонагревателей три: один подает горячий воздух в домну, второй в это время сам нагревается, третий находится в резерве (или на ремонте). Периоди чески воздухонагреватели переключаются.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.