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:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.К. Скоробогатов, Д.Н. Снопок, В.П. Перхуткин

ТЕХНОЛОГИЯ

МЕТАЛЛОВ И ДРУГИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

Допущено Учебно-методическим объединением вузов

Российской Федерации по высшему образованию в области

лесного дела в качестве учебного пособия по дисциплине

"Технология конструкционных материалов" для студентов специальности 150405 "Машины и оборудование лесного комплекса" УХТА 2006 УДК 669. 017 С44 ББК 34.2 Скоробогатов, В.К. Технология металлов и других конструкционных материалов [Текст]: учебное пособие / В.К. Скоробогатов, Д.Н. Снопок, В.П. Перхуткин. Ухта: УГТУ, 2006. 140 с.: ил.

ISBN 5-88179-433-8 Пособие предназначено для студентов специальности 150405 "Машины и механизмы лесного комплекса" для самостоятельного выполнения отдель ных лабораторных работ по дисциплине "Технология конструкционных мате риалов", а также может быть использовано при выполнении практических ра бот, при выполнении курсовых и дипломных проектов. Пособие разработано в соответствии с учебным планом и программой дисциплины "Технология конструкционных материалов".

Рецензенты: кафедра "Машины и оборудование лесного комплекса" Сыктывкарского лесного института и директор ТОО "Виконт" А.М. Ивчук.

Ухтинский государственный технический университет, Скоробогатов В.К., Снопок Д.Н., Перхуткин В.П., ISBN 5-88179-433- СОДЕРЖАНИЕ Предисловие………………………………..……………………......... Лабораторная работа № 1 – Металлургия чугуна……………..…… 1. Лабораторная работа № 2 – Производство стали…...…………..…..

2. Лабораторная работа № 3 – Разливка стали в слитки……………… 3. Лабораторная работа № 4 – Изучение свойств формовочных 4.

смесей………………………………………………………………….. Лабораторная работа № 5 – Кристаллизация металлов………….....

5. Лабораторная работа № 6 – Разработка технологии получения от 6.

ливки в песчаную форму…………………………………………….. Лабораторная работа № 7 – Технологический процесс 7.

получения отливок центробежным способом…………………..….. Лабораторная работа № 8 – Литье под давлением………………….

8. Лабораторная работа № 9 – Определение ударной вязкости……....

9. Лабораторная работа № 10 – Объемная штамповка в открытых 10.

штампах………………………………………………………………... Лабораторная работа № 11 – Влияние пластической 11.

деформации на строение и свойства цветных металлов…………… Лабораторная работа № 12 – Ручная электродуговая сварка……....

12. Лабораторная работа № 13 – Устройство сварочного поста 13.

переменного тока……………………………………………………... Лабораторная работа № 14 – Геометрия режущей части резца 14.

и расчет установочных параметров при его заточке……………….. Лабораторная работа № 15 – Устройство и кинематика 15.

токарно-винторезного станка………………………………………... Лабораторная работа № 16 – Настройка токарно-винторезного 16.

станка для нарезания резьб……………………………………….….. Лабораторная работа № 17 – Настройка делительной головки 17.

УДГ-160…………………………………………………………….…. Комплексный анализ организации рабочего места………………....

18. Анализ уровня специализации рабочего места…………………..….

18.1 Анализ планировки рабочего места………………………….……… 18.2 Анализ оснащения рабочего места оснасткой……………………....

18.3 Анализ оснащения рабочего места технологической оснасткой…..

18.4 18.5 Анализ применяемых материалов……………………………..…….. 19. Аттестация рабочих мест по условиям труда…………..……….….. 19.1 Цели и порядок проведения аттестации рабочих мест…………….. 19.2 Гигиенические критерии и классификация условий труда по степени вредности и опасности…………………………… 19.3 Факторы, определяющие условия труда……………………………. Список использованной литературы……………………………....... ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящее учебное пособие предназначено для проведения цикла лабо раторных работ по дисциплине "Технология конструкционных материалов".

Пособие написано в соответствии с программой по ГОС для специаль ности 150405 "Машины и механизмы лесного комплекса" направления подго товки дипломированного специалиста 651600 Технологические машины и оборудование. Оно содержит 17 лабораторных работ.

Описание каждой лабораторной работы состоит из двух частей. В пер вой части указывается цель работы, оборудование и даются краткие теорети ческие сведения, помогающие студентам правильно и осмысленно выполнять лабораторные работы. Во второй части указывается конкретное задание, про водятся методические указания о порядке выполнения работы и составлении отчета, а также необходимые справочные материалы.

Описание лабораторных работ, образцы таблиц, графики и диаграммы, проведенные в настоящем пособии, не претендуют на исчерпывающую пол ноту при выполнении лабораторных работ. Они могут быть расширены или сокращены как по количеству, так и по объему.

Лабораторные работы должны быть выполнены каждым студентом са мостоятельно по полученным индивидуальным заданиям.

1) Требования по выполнению лабораторных работ.

1.1) Перед выполнением лабораторной работы следует ознакомиться с ней и изучить соответствующие разделы курса "Технология металлов и дру гих конструкционных материалов".

1.2) Одним из пунктов является оформление лабораторных работ в со ответствии с требованием стандартов ЕСКД и ЕСТД.

1.3) Лабораторные работы должны быть выполнены в ученических тет радях или на листах формата А4 (210297).





1.4) Лабораторные работы, выполненные в тетрадях, на первой страни це обязательно должны иметь титульный лист, а все остальные страницы должны иметь поля, размером 20 мм.

1.5) Лабораторные работы, выполненные на листах формата А (210297), должны иметь титульный лист.

Листы должны иметь рамку слева – 20 мм (для подшивки), с трех других сторон по 5 мм.

Все записи выполняются на одной стороне листа, чернилами или ша риковой ручкой.

Основные надписи выполняются по ГОСТ 2.104-68.

Листы лабораторных работ должны быть пронумерованы, кроме ти тульного листа.

Чертежи и схемы выполняются карандашом на отдельных листах с основной надписью.

Каждый чертеж или схема является отдельным техническим докумен том и имеет собственную нумерацию листов.

1.6) Расчетные формулы нумеруются с правой стороны листа на рассто янии 10 мм от рамки и нумеруются по номеру лабораторной работы.

1.7) Список литературных источников проводится в конце лаборатор ной работы.

Неправильно оформленные контрольные работы к защите не допус каются.

2) Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ.

Техника безопасности включает целый ряд положений, предусматри вающих создание таких условий труда и такой трудовой обстановки на рабо чих местах, которые исключали бы возможность несчастных случаев при вы полнении лабораторных работ. Знание этих положений является обязатель ным для каждого студента, приступающего к выполнению лабораторных ра бот. Требования к технике безопасности указываются в инструкции, утвер жденной в установленном порядке.

2.1) Меры безопасности при выполнении лабораторных работ по ли тейному производству.

Заливку расплавленного металла в формы разрешается производить только в специальной одежде и защитных очках.

Замеры отливок после их выбивки производить только после их пол ного охлаждения в проточной воде. Для переноса горячих отливок необходи мо использовать клещи.

Чистку бегунов производить только после их полной остановки и от ключения от сети.

2.2) Меры безопасности при выполнении лабораторных работ по обра ботке металлов давлением.

Устанавливать на маятниковый копер образец разрешается только с помощью клещей со стороны шкалы отсчета после надежной фиксации маят ника стопором в исходном положении.

Во избежание поражения маятником копра или осколками образца запрещается находиться в плоскости движения маятника.

При проведении работ на универсальной испытательной машине за прещается касаться движущихся частей, устанавливать заготовку в штамп или извлекать ее из штампа при включенной машине, наблюдать за ходом деформации заготовки без специального защитного щита.

Извлекать образец из полости штампа разрешается только с помощью клещей.

Замеры образца после испытания производить только после полного охлаждения его в воде.

2.3) Меры безопасности при выполнении лабораторных работ по сварке металлов.

Во избежание поражения электрическим током необходимо, чтобы токонесущие части электрической цепи, находящейся под напряжением, были надежно изолированы, а корпуса сварочной аппаратуры заземлены.

Производить сварочные работы в сырых местах разрешается только в резиновой обуви и резиновых перчатках или брезентовых рукавицах, в ис правной и сухой спецодежде.

Запрещается прикасаться незащищенными руками к токонесущим ча стям.

Если при прикосновении к частям сварочного оборудования, не яв ляющегося токонесущим, обнаруживается напряжение, необходимо немед ленно прекратить сварку и сообщить лаборанту и преподавателю.

При поражении током пострадавшему должна быть оказана немед ленная помощь: прежде всего, необходимо отключить его от электрической цепи. Лица, оказывающие помощь, должны быть в резиновых перчатках и надежно изолированы от земли. Если пострадавший потерял сознание, нужно немедленно вызвать врача и до его прибытия делать искусственное дыхание.

Для защиты глаз от лучей электрической дуги необходимо пользо ваться щитком или шлемом со специальными защитными стеклами, не про пускающими ультрафиолетовых лучей.

Для предохранения людей, работающих по соседству, от действия лу чей сварочной дуги места сварки оградить щитами, ширмами или кабинами из фанеры и брезента высотой 1,8 метра.

Перед зажиганием дуги необходимо предупреждать окружающих словами "береги глаза".

При поражении глаз следует необходимо обратиться в медицинский пункт. До осмотра врача можно промыть глаза слабым содовым раствором.

2.4) Меры безопасности при выполнении лабораторных работ по обра ботке металлов резанием.

Во избежание попадания в глаза отлипающей стружки или частиц аб разива студентам не разрешается находиться в плоскости вращения обраба тываемой детали или шлифовального круга.

Не разрешается студентам находиться в непосредственной близости от обрабатываемой детали и движущихся частей станка.

Во избежание травматизма в результате демонстрации работы станка студентам прикасаться к рычагам управления и пусковым кнопкам, а также облокачиваться на станок.

3) Противопожарные требования при выполнении лабораторных работ.

Наиболее частыми причинами аварий и пожаров в цехах и лаборато риях являются неисправность электроустановок, перегрузка оборудования и приборов сети, большие переходные сопротивления, электрические искры и дуги, разряды статического или атмосферного электричества, курение в не предусмотренных местах, самовозгорание промасленного обрывочного материала.

В целях предупреждения пожаров необходимо содержать в исправно сти электропроводку, не применять нестандартные предохранители и пере ходные сопротивления, самовозгорающиеся материалы укладывать в метал лические ящики с крышками, курить специально отведенных местах. Для быстрой ликвидации очага пожара служит специально оборудованный щит с противопожарным инвентарем, ящик с песком и огнетушители. Тушение по жара на приборах, производят только углекислотными огнетушителями.

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 – МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА Цель работы: ознакомиться с производством чугуна.

Оборудование: макет доменной печи.

1) Теоретическая часть.

1.1) Железные руды и подготовка их к плавке.

Железными рудами называются такие природные соединения, из кото рых при современном состоянии металлургии, возможно и экономически вы годно получение железа. Железная руда представляет горную породу, в кото рой наряду с окислами железа находятся различные соединения: кремнезем SiO2, глинозем Al2O3, окись кальция (CaO) и окись магния (MgO). Эти соеди нения образуют пустую породу. Руды, содержащие свыше 50% железа, назы ваются богатыми, до 50% железа – бедными. В зависимости от вида окислов железа руды подразделяются на красный, магнитный, бурый и шпатовый железняки.

Красный железняк (гематит) содержит железа 45 – 60% в виде безвод ной окиси Fe2O3. Пустая порода кремнезем SiO2 и известняк CaCO3.

Магнитный железняк (магнетит) содержит железа до 70% в виде окисла Fe3O4 и обладает магнитными свойствами. Встречается как в чистом виде, так и с примесями серы (железный колчедан) или фосфора (апатиты). Пустая по рода состоит из SiO2.

Бурый железняк содержит водную окись железа 2Fe2O3 3H2O;

железа около 20%. Пустая порода содержит серу и фосфор.

Шпатовый железняк (сизерит) содержит железа 30 – 40% в виде карбо ната FeCO3. В состав пустой породы входят SiO2, Al2O3, MgO.

Руда, идущая для плавки в доменных печах, должна удовлетворять сле дующим требованиям:

максимальное содержание железа;

минимальное содержание вредных примесей S и P;

легкая восстанавливаемость;

достаточная пористость;

надлежащий химический состав пустой породы;

обогатимость.

Первое требование очевидно, так как увеличение количества руды, за гружаемой в доменную печь, повышает стоимость чугуна.

Второе требование вызывается тем, что сера и фосфор отрицательно влияют на качество чугуна: сера сообщает ему красноломкость, фосфор – хладноломкость.

Восстанавливаемость руды определяется количеством тепла необходи мого для восстановления из нее железа, а это зависит от природы окислов же леза. Чем плотнее и менее пориста руда, тем она труднее восстановима.

Пористость руды, уменьшает расход топлива, так как при наличии ка налов внутри руды газы приходят в соприкосновение с большой поверхно стью, и процесс восстановления протекает быстрее.

Химический состав пустой породы в сильной степени влияет на усло вие ее расплавления. Оптимальным составом пустой породы является такой, при котором содержание кислых и основных окислов одинаково, то есть (CaO+MgO)(SiO2+Al2O3) 1. При этом условии легко плавный шлак получа ется без каких-либо добавок к шихте (самоплавкая руда).

Обогатимость железной руды определяется возможностью и трудоем костью повышения в ней содержания железа. Современные способы обога щения позволяют получать рудный концентрат с содержанием железа до 70% и выше.

1.2) Топливо для доменного процесса.

Основным топливом, применяемым при получении чугуна, является каменноугольный кокс. Он получается сухой перегонкой некоторых видов каменного угля, т.е. путем перегрева без доступа воздуха смеси коксующихся углей до t = 1000 – 1200С. При этом летучие вещества удаляются, а остаток получается в виде спекшейся твердой массы – кокса. В среднем кокс содер жит 80 – 90% углерода, 0,4 – 2,0% серы, 7 – 15% золы.

Теплотворная способность кокса 6700 – 8000 ккал/кг, температура вос пламенения 700C.

Древесный уголь получается в результате сухой перегонки дров. Уголь, полученный обжогом в кучах, содержит до 90% углерода, до 3% водорода, около 6% кислорода и азота, 1% золы. Теплотворная способность ккал/кг. Отсутствие серы и небольшая зольность является весьма ценными качествами древесного угля, как топлива для металлургических печей.

Древесный уголь применяется в доменных печах небольшого объема (200 – 300 м3) при выплавке высококачественного чугуна из руд, содержащих не значительные примеси серы и фосфора.

Антрацит содержит до 95% углерода при очень малой зольности и не большим содержанием серы. Теплотворная способность его 8500 ккал/кг от рицательны, но качеством является его способность при высоких температу рах расслаиваться и измельчаться. Последнее обстоятельство заставляет пользоваться антрацитом главным образом как добавкой к коксу (от 15 до 50%) от веса кокса.

1.3) Огнеупорные материалы.

Огнеупорные материалы применяются для кладки и облицовки метал лургических печей, подвергаемых действию высоких температур, для изго товления тиглей, в которых производится плавка, для футеровки ковшей и желобов, поверхность которых соприкасается с расплавленным металлом.

Качество огнеупорных материалов характеризуется следующими свой ствами:

Огнеупорность – свойство материалов противостоять, не расплавля ясь, воздействию высоких температур. По степени огнеупорности различают:

огнеупорные материалы 1580 – 1770C, высокоогнеупорные 1770 – 2000C и высшей огнеупорности свыше температуры 2000C.

– Химическая стойкость – способность противостоять разъедающему действию соприкасающихся с ними материалов, главным образом шлаков. В зависимости от химического состава огнеупорные материалы разделяются на кислые, нейтральные и основные.

Кислые огнеупорные материалы (динас и кварцит) содержат не менее 93% SiO2. Динасовый кирпич содержит 93 – 97% SiO2. Огнеупорность 1750 – 1800.

Нейтральные огнеупоры (магнезит и доломит) содержит окись магния MgO и 3% CaO. Огнеупорность 2300 – 2500C.

1.4) Флюсы.

Полного освобождения от пустой породы достигнуть в обычных усло виях ее подготовки нельзя. Некоторое количество пустой породы попадает вместе с рудой в доменную печь. Железо, содержащееся в руде, после его восстановления, то есть после освобождения от кислорода, науглероживается и затем плавится. Оставшаяся пустая порода тоже плавится и уходит в шлак.

Для правильного процесса плавки требуется, чтобы шлак плавился при определенной температуре после полного восстановления железа. Если пу стая порода не плавится, то к руде добавляют флюсы, которые образуют с пу стой породой и золой топлива легкоплавкие расплавы (шлаки). Флюсы обес печивают необходимый состав и физические свойства доменного шлака, определяющие очистку чугуна от серы и нормальный ход плавки.

1.5) Устройство доменной печи.

Доменная печь (рисунок 1.1) имеет снаружи металлический кожух, внутри выложена высококачественным шамотным кирпичом. В футеровки сильно разогревающихся частей печи вмонтированы чугунные коробки, охлаждаемые проточной водой. Кладка нижней части печи – лещади и горна выполнена из углеродистых кирпичей.

Верхняя часть доменной печи – колошник футерован шамотным кир пичом и изнутри защищен рядом стальных плит. В колошнике находится за сыпной аппарат, с помощью которого загружаются в определенной последо вательности сырые материалы, и улавливается доменный газ. В шахте, распо ложенной под колошником, происходят процессы восстановления окислов железа и его науглероживание. В районе распара, расположенного ниже шах ты, производится плавление породы и флюсов с образованием шлака, шлако образование заканчивается. В горне на лещади собираются чугун и шлак, ко торые периодически выпускаются через специальные отверстия – летки. Чу гунная летка расположена на 500 мм выше лещади, а шлаковая – на 1,5 м. Обе летки забиваются огнеупорной массой и перед выпуском пробиваются, общая высота достигает 30 м и более.

Полезной высотой доменной печи называют расстояние от оси чугун ной летки до максимального уровня засыпки материалов. Объем, соответ ствующий этой высоте, называется полезным объемом доменной печи.

В верхней части горна доменной печи имеется кольцевой воздухопро вод, в котором воздуходувками нагнетается горячий воздух. По фурменным рукавам из воздухопровода воздух попадает внутрь печи, через медные водо охлаждаемые фурмы, расположенные в радиальном направлении по окруж ности печи. Получаемые при этом горючие газы мощным потоком непрерыв но перемещаются снизу вверх навстречу потоков сырых материалов: руды или агломерата, флюса, топлива, чугуна и шлака, движущихся снизу вверх.

Наличие двух встречных потоков – необходимое условие бесперебойной ра боты доменной печи.

1 – жидкий чугун;

2 – чугунная летка;

3 – жидкий шлак;

4 – шлаковая летка;

5 – желоб для выпуска чугуна;

6 – фурмы;

7 – желоб для выпуска шлака;

8 – топливо;

9 – руда;

10 – флюс;

11 – капли чугуна;

12 – капли шлака.

Рисунок 1.1 – Схема распределения шихтовых материалов и температурных зон по высоте в типовой доменной печи 1.6) Сущность процесса получения чугуна в доменной печи.

Основные задачи плавки чугунов в доменной печи:

– восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и уда ление в виде железного чугуна определенного химического состава;

– оплавление пустой породы, образование шлака, растворение в нем зо лы, кокса и удаление его из печи.

Сырые материалы, при загрузке в доменную печь, попадают в область низких температур на колошнике 200 – 300C, перемещаются сверху вниз и встречают более высокие температуры 1800 – 1900C на уровне фурм и сни жаются в горне до 1450C. Вдуваемый через фурмы нагретый воздух обу словливает горение углерода и кокса по реакции:

C + O2 = CO2 + 94052 кал (394 кДж).

Встречая раскаленный кокс при высокой температуре, углекислота вос станавливается:

CO2 + C = 2CO – 412220 кал (176 кДж).

Кроме того, окись углерода образуется в результате взаимодействия па ров влаги и углерода кокса H2O + C = CO + H2 – 31382 кал (132 кДж).

В верхних горизонтах доменной печи при температуре 100 – 200C ис паряется влага, а при 300 – 350C удаляется гидратная вода. Из топлива уда ляются летучие вещества. При более высоких температурах до 900C разлага ется известняк с выделением углекислоты CaCO3 = CaO + CO2 – 42490 кал (178 кДж).

Восстановление железа происходит последовательно по схеме Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 FeO Fe.

При умеренных температурах происходит косвенное восстановление руды окисью углерода.

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + 12136 кал (50,7 кДж).

6Fe3O4 + 2CO = 6FeO + 2CO2 – 16528 кал (69,2 кДж).

6FeO + 6CO = 6Fe + 6CO2 + 23616 кал (99,1 кДж).

При более высоких температурах (более 950C) в нижней части печи происходит прямое восстановление железа за счет сажистого углерода, оса ждающегося в порах материалов:

FeO + C = Fe + CO – 37284 кал (155,5 кДж).

Газами восстанавливается около 60% получаемого в доменной печи железа. Кроме железа, в доменной печи восстанавливаются кремний, марга нец, сера, фосфор и другие элементы. Восстановление кремния и марганца происходит при высоких температурах около 1450C твердым углеродом и требует больших затрат тепла и топлива:

SiO2 + 2C = Si + 2CO –152, 568 кал (639,5 кДж);

MnO + C = Mn + CO – 65584 кал (275,8 кДж).

Сера, как вредная примесь чугуна, должна быть, по возможности, более полно удалена из него. Для удаления серы обеспечивают избыток извести в шлаках и высокую температуру в горне.

FeS + CaO = CaS + FeO + 4380 кал (18,4 кДж).

Фосфор тоже считается вредной примесью чугуна, однако его удаление из железа в условиях доменной плавки затруднительно. Фосфор, попавший в доменную печь с сырыми материалами, растворяется в чугуне и остается в нем.

После восстановления в доменной печи получается твердое пористое губчатое железо с высокой температурой плавления 1539C. При его взаимо действии с окисью углерода образуется карбид железа (цементит):

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + 36,220 кал (150,4 кДж).

Шлакообразование должно происходить после завершения процесса восстановления железа из руды, так как иначе легкоплавкий холодный шлак стекает вниз печи, что приводит к изменению химического состава чугуна и шлака.

Образование шлака начинается после опускания шахты приблизительно до распора при t = 1200C, когда пустая порода сплавляется с флюсами. При стекании шлака вниз он обедняется окислами железа и марганца, обогащается известью и приобретает заданный состав.

1.7) Продукты доменного производства.

К продуктам доменного производства относятся: чугун, ферросплавы, шлак, доменный газ, колошниковая пыль. Чугун – главный продукт, осталь ные побочные.

Чугуны, выплавляемые в доменной печи, подразделяются на: предель ные, для выплавки стали;

литейные – получения отливок;

ферросплавы (ис пользуемые при плавке стали, а также для введения в сплавы легирующих элементов).

1.8) Технико-экономические характеристики доменной печи.

Производительность доменной печи характеризуется коэффициентом использования полезного объема печи K (кипо), равного отношению полезно го объема к суточной выплавке чугуна.

V, м3/т.

К G Работа доменной печи оценивает затратами сырых материалов, расхо дом топлива (кокса).

2) Порядок проведения работы.

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Краткое теоретическое обоснование.

4. Схема доменной печи.

5. Сущность доменного процесса.

6. Выводы.

3) Вопросы.

1. Виды топлив и их характеристика.

2. Исходные материалы доменного процесса.

3. Какие вы знаете огнеупорные материалы?

4. Как приготавливается шихта к плавке?

5. Как работает загрузочное устройство доменной печи?

6. Из каких областей состоит доменная печь?

7. Напишите основную реакцию восстановления железа.

8. Что является продуктами доменного процесса?

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 – ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Цель работы: ознакомиться с основными процессами получения стали, а также с устройством основных печей.

Оборудование: макеты, конвертора мартеновской и электрической печи.

1) Теоретическая часть.

Для выплавки стали следующие исходные материалы: передельный чу гун и стальной лом, металлодобавки, флюсы и окислители, а также продукты прямого восстановления железа из руд, ферросплавы.

Главной целью сталеплавильного процесса является удаление содер жащихся в передельном чугуне избыточных примесей с помощью окисли тельно-восстановительных процессов, протекающих в сталеплавильных агре гатах.

В сталеплавильных печах кислород наиболее быстро окисляет железо по реакции:

2 Fe O 2 2 FeO 63000 ккал.

Образующаяся закись железа хорошо растворяется как в металле, так и в шлаке. Атмосферный кислород окисляет шлак, а из шлака поступает в виде закиси железа в металл, любое повышение содержания кислорода в шлаке со провождается увеличением его содержания в металле. Кремний, марганец, углерод и другие примеси стали обладают более высоким сродством к кисло роду, чем железо. Поэтому они отбирают кислород у железа, восстанавлива ют его, а сами окисляются (выгорают), жидкие окислы этих элементов всплы вают и попадают в более легкий шлак, покрывающий металл;

газообразные окислы уходят в атмосферу или, соединяясь с другими окислами, образуют жидкие вещества, также попадающие в шлак. Окисление примесей идет за счет газообразного кислорода, также закиси железа.

Железо при взаимодействии с кислородом окисляется по реакции:

Fe ( FeO ). (2.1) 2O Газы – окислители печной атмосферы, взаимодействуя с металлом, окисляют и другие элементы, растворенные в металле.

[ Si ] * O 2 ( SiO 2 ) ;

(2.2) [ Mn ] ( MnO ) ;

(2.3) 2O [C ] CO. (2.4) 2O *Элементы, стоящие в квадратных скобках, входят в состав металла, а в круглых – шлака.

Окисление примесей также может происходить растворенным в метал ле кислородом.

Si 2 O ( SiO 2 ) ;

(2.5) Mn O ;

(2.6) ( MnO ) [ C ] 2 Fe CO Fe. (2.7) Элементы с большим химическим сродством к кислороду, чем железо, окисляются оксидом железа, содержащимся в шлаке.

Si 2 FeO ( SiO 2 ) 2 Fe ;

(2.8) Mn O ;

(2.9) ( MnO ) [ C ] FeO CO Fe. (2.10) В сталеплавильном агрегате под шлаком (преимущественно FeO и CaO) удаляется фосфор (дефосфация металла):

2 P 5 ( FeO ) 4 ( CaO ) ( CaO ) 4 ( P2 O 5 ) 5 Fe. (2.11) Когда окисление примесей почти завершено, начинают образовываться оксиды железа. Растворяясь в стали, они повышают содержание в ней кисло рода. Это способствует возникновению трещин при пластической деформа ции стали. Поэтому проводят раскисление стали путем ввода элементов (рас кислителей) с большим сродством к кислороду. В качестве раскислителей ис пользуют кремний (в виде ферросиликации), марганец (ферромарганец), алюминий и щелочно-земельные металлы (ЩЗМ).

В сталеплавильных агрегатах применяют глубинное (внутрь металла) раскисление по реакциям [ Si ] 2 O ( SiO 2 ) ;

(2.12) [ Mn ] [ O ] ( MnO ) ;

(2.13) 2 [ Fl ] 3 [ O ] Fl 2 O 3. (2.14) В агрегатах с окислительной атмосферой (конверторы, мартеновские печи) используют диффузионное окисление 2 [ FeO ] Si ( SiO 2 ) 2 Fe ;

(2.15) [ FeO ] C CO Fe ;

(2.16) 3 FeO 2 Al ( Al 2 O 3 ) 3 FeO. (2.17) В шлаке резко сокращается содержание FeO, что способствует получе нию более качественной стали.

Чтобы удалить серу, разбавляют шлак с еще большим содержанием СаО, к этому времени ванна доводится до температуры 1550 – 1600С.

Сера в виде сульфидов удаляется в шлак FeS ( CaO ) ( CaS ) ( FeO ). (2.18) 1.1) Производство стали в кислородных конверторах.

Основой конверторного получения стали является обработка жидкого чугуна газообразными окислителями. Химическая теплота экзотермических реакций окисления примесей и физическая теплота жидкого чугуна полно стью обеспечивают процесс.

Современные кислородные конверторы (преобразователи), один из ко торых показан на рисунке 2.1, изготавливаются из стального листа. Изнутри конвертор футерован основными огнеупорными материалами (магнезитовый или хромогнезитовый кирпич или доломит), футеровка выдерживает без до полнительной обработки до 2000 плавок. Конверторы имеют горловину 3 в виде усеченного конуса с леткой 1;

цилиндрическую часть 4 и сферическое днище 6. Нижний усеченный конус служит ванной для металла. Цилиндриче ская часть является рабочим пространством, заполняемым металлом, шлаком и газом при надувке. Оно в 7…10 раз больше объема, занимаемого спокой ным металлом. Верхний усеченный конус сокращает потери металла и тепло ты.

Через горловину загружают шихтовые материалы, отводят образующие газы, сливают в шлак и ремонтируют футеровку. Слив стали проводят через выпускное отверстие. Раздельный слив металла и шлака необходим, так как при этом исключается переход из шлака в металл серы и фосфора.

Конвертор поворачивается вокруг своей горизонтальной оси на цапфах 5 при помощи приводных механизмов. Рабочее положение конвертора верти кальное. По вертикальной оси конвертора сверху спускается охлаждаемая во дой фурма 2, по которой под давлением 1,6 – 1,8 МПа подается технически чистый кислород. Вместимость кислородных конверторов 50…500 тонн.

В конверторном производстве стали 70 – 85% металла составляют жид кий чугун, остальное – лом.

В свободный конвертор загружают скрап. Затем заливается необходи мое количество жидкого чугуна с температурой более 1320С. Загрузка кон вертора вместимостью 300 тонн продолжается 5 мин.

1 – летка;

2 – каналы;

3 – горловина;

4 – поворотное устройство;

5 – цапфа;

6 – канал для воздуха.

Рисунок 2.1 – Конвертор кислородный В поставленный вертикально конвертор заводится фурма и начинается продувка металла кислородом. Подвод кислорода интенсивен, поэтому реак ция окисления примесей в конверторе протекает с высокой скоростью. Нача ло продувки совмещается с загрузкой в конвертор флюсов и металлодобавок.

При окислении примесей под фурмой развивается температура до 2500С, что способствует более быстрому протеканию окисления и шлакооб разования. Более прогрессивной является комбинированная продувка: через днище, верхнюю и боковые фурмы, что позволяет перерабатывать большой процент скрапа.

Под воздействием струи кислорода в основном окисляется железо. Об разующийся по реакции (2.1) оксид железа, растворяясь в шлаке, постоянно перемешивается с металлом. Вследствие этого примеси чугуна на границе ме талл – шлак окисляются оксидом железа по реакциям (2.8)…(2.10). Часть ок сида железа растворяется в металле, обогащая его кислородом:

[ FeO ] [ Fe ] [ O ].

Поэтому окисление примесей может проводиться также кислородом, вдуваемым в конвертор через фурму по реакциям (2.2)…(2.4) и кислородом, растворенным в металле, по реакциям (2.5)…(2.7).

В кислородном конверторе благодаря наличию основных шлаков, в ко торых наряду с СаО имеется оксид железа FeО, и перемешиванию металла и шлака достаточно легко протекает реакция дефосфорации (2.11);

образую щийся фосфат кальция удаляется в шлак.

Продукты реакции десульфурации (2.18) – сульфиды также удаляются в шлак. Основной шлак в конверторе вследствие значительных количеств в нем оксида железа FеО затрудняет процесс десульфурации. Дополнительно около 10…20% серы в процессе плавки удаляется в газовую фазу.

Продувка конвертора прекращается по достижении заданного химиче ского состава и требуемой температуры металла.

Одновременно с выпуском стали производится ее раскисление и леги рование ферромарганцем, ферросилицием и алюминием. Эти операции про водятся либо в конверторе, либо в струе металла при выпуске стали.

Последними операциями плавки являются слив шлака и металла, а так же осмотр футеровки.

1.2) Производство стали в мартеновских печах.

Мартеновский процесс передела чугуна в сталь осуществляется в пла менной отражательной печи, оснащенной системой регенерации, направлен ной на использование теплоты отходящих при горении газов для обогрева воздуха и газообразного топлива.

Устройство мартеновской печи схематически показано на рисунке 2.2.

Передняя стенка с завалочным, рабочими окнами 2, задняя стенка со сталевыпускным отверстием, подом (позиной) и сводом образуют рабочее (плавильное) пространство печи. С торцов плавильного пространства распо ложены головки для смешивания топлива с воздухом (кислородом), подачи горючей смеси в плавильное пространство и отвода продуктов сгорания го ловки с помощью вертикальных каналов 4 соединены со шлаковиками 5, ре генераторами 6 и боровами (каналами).

Топливом для мартеновских печей служит природный газ или мазут.

На схеме воздух и газ поступают с правой стороны печи. Проходя через предварительно подогретые насадки, воздух и газ нагреваются до 1000 – 1200С. При сгорании топлива в рабочем пространстве возникает факел с температурой 1800 – 1900С, достаточной для расплавления шихты. Темпера тура факела обеспечивает нагрев металла до 1600 – 1650С, что создает усло вия для выпуска стали и разливки ее. Раскаленные продукты сгорания (дымо вые газы) проходят через левую головку, попадают в шлаковики, в которых улавливаются частицы плавильной пыли и шлака, а затем в левые регенера торы. В них газы разогревают насадки, охлажденные до 500 – 600С. Дымо вые газы проходят по боровам, через котел-утилизатор и устройство для очистки газов, а затем удаляются с помощью дымовой трубы.

1 – свод;

2 – окна загрузочные;

3 – головки;

4 – канал вертикальный;

5 – шлак;

6 – регенератор;

7 – заслонка подпечи.

Рисунок 2.2 – Печь мартеновская При достаточном охлаждении насадок правых регенераторов и нагреве левых изменяют направление движения газов с помощью перекидных клапа нов. Циклы повторяются.

Стены мартеновских печей изготавливаются из материалов основных и кислых (динасовый кирпич, кварцевый песок, молотый кварц).

Наибольшее распространение получила плавка стали в мартеновских печах с основной фужеровкой, так как в них можно перерабатывать металло шихту со значительным содержанием серы и фосфора и получать качествен ную сталь.

В зависимости от загружаемых в печь материалов, мартеновский про цесс делится на скрап-процесс и скрап-рудный процесс.

Более прогрессивный скрап-процесс характеризуется применением шихты следующего состава: стальной скрап (основная часть), чушковый чу гун (25…45%) и другие компоненты.

Главная операция плавки в мартеновских печах – кипение металла вследствие окисления углерода. Избыточный углерод вводится в ванну с чу гуном. Кипение приводит к выравниванию температуры и химического со става ванны;

удалению из металла газов, вредных примесей и металлических включений. Также поднимается уровень шлака. Когда отключают подачу топлива, над ванной снижается давление, что позволяет проводить "скачива ние" шлака более высокой основности. Вместе с тем большая часть фосфора и серы вновь наводится в высокоосновной шлак. В случае необходимости шлак легируют.

Период кипения, раскисления и легирования называют периодом рафи нирования стали.

1.3) Производство стали в электропечах.

Электросталеплавильный процесс более совершенен, чем кислородно конверторный и мартеновский, при нем получается качественная и высоколе гированная сталь;

практически неограничен сортамент выплавляемой стали, с использованием для нагрева металла электроэнергии.

Корпус дуговой электрической печи (рисунок 2.3) состоит из корпуса (часть корпуса выше рабочего окна 3, днища 2 и сливного носка 10). Корпус состоит из наружной стальной обечайки с внутренней футеровкой: основной или кислой. В корпусе имеется два отверстия: рабочее окно 3 – для управле ния ходом плавки, загрузки ферросплавов, взятия проб и скачивания шлака, а также метка слива готовой стали и шлака. Рабочее окно закрывается заслон кой 4: наклоны печи в сторону рабочего окна (10 – 15) или сливного желоба (40 – 45) осуществляются с помощью специального механизма с гидропри водом. Съемный свод 1 характеризуется наименьшей долговечностью футе ровки. В своде имеется три отверстия, через которые пропускают три гради низированных электрода 8 диаметрами 300 – 610 мм. В электропечах элек трический ток напряжением 115 – 600 В и силой 10 – 50 кА подводится к электродам электродержателем и гибкими кабелями.

1 – свод;

2 – днище;

3 – окно;

4 – заслонка;

5 – корпус;

6 – летка;

7 – облицовка;

8 – электроды;

9 – сталь;

10 – носок.

Рисунок 2.3 – Электропечь При производстве стали в электропечах, используются следующие шихтовые материалы: металлическая часть, шлакообразующие окислители, добавочные материалы (раскислители и легирующие науглероживающие компоненты). В состав металлической шихты включают окатыши и губчатое железо, что позволяет получать высококачественную сталь.

В производстве реализуется две основные технологии плавки в элек тродуговых печах: на углеродистой или свежей шихте (с окислением приме сей);

на шихте из отходов легированных сталей (метод переплава).

В состав углеродистой шихты входят в стальной лом (до 40 %);

пере дельный чугун в чушках, железная руда, аглошерат;

электродный бой или кокс. После загрузки шихты электроды опускают вниз, включают ток и шихта плавится.

На металл уже в периоды завалки и плавления шихты воздействует окислительная печная атмосфера (реакции (2.1)…(2.4)). Затем примеси ме талла окисляются оксидами шлака и железной руды по реакциям (2.8)…(2.10).

Образовавшиеся оксиды примесей металла совместно с СаО из извести формируют высокоосновной шлак, обеспечивающий дефосфорацию стали по реакции (2.11). Уже при плавлении окисляется более 50% фосфора. Шлак обеспечивает передачу кислорода металлу из печной атмосферы и оксида же леза FeО. Растворяющийся в металле кислород участвует в реакциях окисле ния (2.5)…(2.7).

Интенсивное окисление железа, а также кремния, марганца, углерода и других примесей по реакциям (2.1)…(2.4) происходит в результате продувки ванны кислородом. При этом выделяется значительное количество теплоты, завершается процесс плавления шихты и перемешивания содержимого ванны.

После этого берут пробу на полный химический анализ, скачивают шлак с фосфором, наводят новый шлак, и начинается окислительный период плавки.

Для дальнейшего окисления углерода и фосфора проводят неоднократ ную загрузку руды и извести. Кислород руды через шлак окисляет углерод по реакции (2.7), окисление интенсифицируется продувкой кислородом, при этом протекает реакция (2.4).

Выделяющиеся пузырьки оксида углерода С2О заставляют кипеть ме талл, что ускоряет прогрев ванны, а также фосфора. Шлак скачивают 2 – 3 ра за, содержание фосфора доводится до 0,01%.

Затем проводят раскисление стали двумя методами: глубинным раскис лением без восстановительного периода;

раскислением в восстановительный период. Восстановление оксида железа в шлаке происходит по реакциям (2.15) и (2.16).

Содержание оксида железа в шлаке снижается, и оксид из металла начинает переходить в шлак. Во время восстановительного периода сера уда ляется из металла по реакции (2.18).

Когда достигнут заданный состав и температура, выполняют конечное раскисление металла.

2) Порядок проведения работы.

Ознакомиться с: – целью работы;

– теоретической частью;

– методами получения стали.

3) Содержание отчета.

1. Указать цель работы.

2. Краткое теоретическое обоснование получения стали.

3. Устройство печей для получения стали.

4. Назначение печей.

5. Краткое описание получения стали различными методами.

6. Выводы.

4) Вопросы.

1. Что такое сталь?

2. Что такое рафинирование стали?

3. Какие методы получения стали вы знаете?

4. Что обозначает прямой нагрев стали в электропечах?

5. Что обозначает косвенный нагрев стали в электропечах?

6. Что является главной операцией плавки?

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 – РАЗЛИВКА СТАЛИ В СЛИТКИ Цель работы: ознакомить студентов со способами разливки стали и строением стального слитка.

Оборудование: разливочный ковш, изложницы, плиты-поддоны.

1) Теоретическая часть.

Существуют три способа разливки стали: сверху, снизу и непрерывная.

При разливке сверху (рисунок 3.1) разливочный ковш транспортируется элек тромостовым краном к подготовленным под заливку изложницам и останав ливается над каждой из них. Изложницы, открытые снизу, устанавливаются перед заливкой на плиты-поддоны и по периметру обмазываются огнеупор ным материалом. После установки разливочного ковша над изложницей от крывается стопорное устройство, и струя жидкого металла заполняет излож ницу.

При разливке снизу (сифонный способ) изложницы устанавливаются на керамические плиты (сифонный кирпич), соединенные между собой шамот ными трубами (рисунок 3.2). Эти плиты имеют внутри каналы, объединяю щие их в единую литниковую систему. Через один общий литник можно от ливать одновременно до 40 слитков. Такая схема разливки получила название "паук". Существуют и другие способы установки изложниц.

1 – ковш;

2 – воронка;

1 – ковш;

2 – воронка;

3 – изложница. 3 – заливочное устройство, 4 – плиты.

Рисунок 3.1 – Разливка стали сверху Рисунок 3.2 – Разливка стали снизу Отсутствие брызг при заполнении изложниц снизу позволяет получить более чистую поверхность слитка, но размывание металлом огнеупоров цен трального литника и каналов сифонных кирпичей приводит к образованию большего количества неметаллических включений, чем при разливке сверху.

Сифонная разливка имеет ряд недостатков: потеря металла в виде лит никовой системы, более трудоемкая подготовка изложниц к заливке, одно кратное использование сифонного припаса (керамических плит, труб), однако следует иметь в виду, что дополнительные затраты на сифонную разливку полностью окупаются уменьшением стоимости зачистки поверхности слит ков.

Некоторую особенность представляет получение слитков из кипящей стали, то есть из стали, раскисление которой происходит в изложнице за счет взаимодействия углерода металла с растворенным в нем кислородом. Содер жание FеО в такой стали достаточно для протекания реакции с образованием окиси углерода:

FеО + С = Fе + СО.

Окись углерода, выделяющаяся в виде пузырей, создает впечатление кипения металла в изложнице. Одновременно с СО из стали выделяются N2 и H2, растворимость которых в жидком металле при понижении температуры уменьшается.

Таким образом, получают малоуглеродистую сталь с содержанием уг лерода от 0,05% до 0,25%. Слиток кипящей стали имеет малую усадочную раковину, но значительное количество пузырей.

При заполнении изложницы кипящей сталью необходимо в определен ный момент прекратить выделение окиси углерода, так как в противном слу чае объем металла будет увеличиваться и над слитком образуется "шапка".

Чтобы закрыть газам выход из металла, необходимо создать твердую корку в верхней части слитка, с этой целью после заполнения и некоторой выдержки на кипящую сталь накладывается чугунная плитка. Образующая при этом корка затвердевшей стали приводит к повышению давления внутри слитка и к прекращению выделения газов. Газовые пузырьки, распределенные по объе му слитка, завариваются при последующей прокатке.

Кипящие стали, обычно, разливают сифонным способом.

1.1) Непрерывная разливка.

В установке для непрерывной разливки стали (УНРС) радиального типа (рисунок 3.3) жидкая сталь из ковша 2 через промежуточное разливочное устройство 3 поступает в катализатор 1, нижнее отверстие которого перед за ливкой закрыто затравкой 5 – металлическим стержнем с сечением, соответ ствующим сечению кристаллизатора. Кристаллизатор представляет собой сквозную изложницу. Металл 4 сцепляется с затравкой и затвердевает у ее поверхности и у стенок кристаллизатора. По достижении поступающим из ковша металлом определенного уровня включаются тянущие валки 7, и за травка вместе с приварившимся к ней слитком начинает вытягиваться из кри сталлизатора.

Слиток, имеющий еще жидкую сердцевину, проходит зону вторичного охлаждения 6, где обрызгивается водой и затвердевает по всему сечению. Под действием тянущих валиков слиток изгибается, а затем продолжает переме щаться по роликам горизонтально установленного рольганга 10. При помощи автогенного резака 8 от слитка отрезается необходимой длины заготовка 9.

При непрерывной разливке облегчаются условия труда, уменьшается площадь разливочного отделения, становится ненужным дорогостоящее обо рудование разливочных пролетов, обжимные прокатные станы, нагреватель ные колодцы и другое. Главное достоинство непрерывной разливки состоит в том, что отходы металла составляют 2 – 3% вместо 15 – 20% при получении слитков ранее рассмотренными способами.

1 – изложница;

2 – ковш;

3 – воронка;

4 – металл жидкий;

5 – индуктор;

6 – сопла;

7 – ролики;

8 – луч электронный;

9 – металл охлажденный;

10 – рольганг.

Рисунок 3.3 – Непрерывная разливка стали 1.2) Разливка под вакуумом позволяет получить металл с минимальным содержанием кислорода и азота.

Сталь из разливочного ковша 2 (рисунок 3.3) попадает в промежуточ ную воронку 3, выходное отверстие, которое сообщено с камерой 4. Излож ница 1 устанавливается в камере, крышка герметически закрывается, и через патрубок 6 производится отсос воздуха. Расплавленный металл, заполняю щий воронку 3, создает затвор, изолирующий внутреннюю полость камеры от атмосферы. В начале разливки металл накапливается в воронке, для чего в ее нижней части вставляется алюминиевый лист. При этом способе вакуумиро вание стали происходит в падающей струе металла.

1.3) Строение стального слитка.

При соприкосновении жидкой стали с относительно холодными стен ками изложницы (рисунок 3.4) возникает корковый слой 3, состоящий из мелких неориентированных кристаллов. Между слитком и стенками излож ницы образуется воздушная прослойка 2, плохо проводящая тепло. Наступа ют условия для образования второй кристаллизационной зоны 4, состоящей из столбчатых дендритов, растущих по направлению отвода тепла (перпенди кулярно к стенкам изложницы). Это явление как бы прорастания кристаллов в толщу слитка называют транскристаллизацией, а зону 4 – транскристаллиза ционной.

Остающаяся между дендритами жидкая фаза называется маточным рас твором. 6 – область неориентированных зерен, свободно растущих в жидком расплаве. В нижней части слитка может образоваться конус осаждения 7, бо гатый неметаллическими включениями. В верхней части располагается уса дочная раковина 5.

1 – зона мелких равноосных кристаллов;

2 – зона столбчатых кристаллов;

3 – зона крупных равноосных кристаллов;

4 – раковина усадочная.

Рисунок 3.4 – Строение слитка стали 1.4) Дефекты стального слитка и способы их устранения.

Стальному слитку присущи такие дефекты, как усадочная раковина, усадочные рыхлоты, химическая неоднородность состава (ликвация), неме таллические включения, газовые раковины, трещины, плены и др.

Усадочные раковины и усадочные рыхлоты возникают из-за различия в объеме жидкой и затвердевшей стали. Возникновение этих дефектов и меры уменьшения их рассмотрены выше.

Ликвация – образование в слитке областей, неоднородных по химиче скому составу. Ликвация может быть микроскопической и макроскопической.

Микроскопическая ликвация – это неоднородность в пределах одного зерна. Такая ликвация не оказывает заметного влияния на качество слитка.

Макроскопическая ликвация проявляется в том, что в различных частях слитка могут располагаться области или зоны, отличающиеся по удельному весу или химическому составу.

Ликвация наиболее опасна, если ликвационная зона насыщена такими примесями как О2, S, P. Уменьшения ликвации можно добиться увеличением скорости затвердевания.

Газовые пузыри. Одни из главнейших внутренних дефектов слитка.

Они образуются вследствие выделения расплавленным металлом газов, по глощенных в процессе плавки (N2, H2, CO, CO3, CH4 и др.). Газы могут обра зовываться также и в самой изложнице.

Трещины. На поверхности слитка трещины являются следствием не равномерного остывания слитка по сечению.

2) Порядок проведения работы.

1. Подготовка форм изложен к замене стали.

2. Параллельно ведется плавка стали в печах индукционных.

3. Заливка стали в изложницы.

4. Извлечение слитка из изложницы.

5. Визуальный осмотр слитка.

3) Содержание отчета.

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Краткое описание теоретической части.

4. Эскизы схем разливки стали.

5. Эскиз строения стального слитка.

6. Вывод.

4) Вопросы.

1. Какие знаете способы разливки?

2. Какие недостатки сифонного способа?

3. Что такое маточный раствор?

4. Какие знаете дефекты стального слитка?

5. Какие способы существуют для устранения этих дефектов?

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 – ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ Цель работы: определение газопроницаемости и прочности формовоч ных смесей и изучение влияния состава смеси на ее свойства.

Оборудование: лабораторные бегуны;

лабораторный копер;

технические весы с развесами;

сушильный шкаф с термометром для измерения температу ры до 300°С;

прибор для определения газопроницаемости;

прибор для опре деления предела прочности смеси при растяжении;

прибор для определения предела прочности смеси на сжатие;

секундомер;

металлическая гильза с поддоном;

выталкиватель;

стержневой ящик;

мензурка;

коробка для смесей;

сухой песок;

глина.

1) Теоретическая часть.

Формовочные материалы и стержневые смеси получают из свежих ма териалов и бывшей в употреблении формовочной смеси.

Процесс приготовления смесей разделяют на три этапа:

– подготовка свежих формовочных материалов;

– подготовка горелой смеси;

– перемешивание всех составляющих.

В лабораторных условиях смесь приготовляется из свежего предвари тельно высушенного и просеянного песка. Для получения смеси используют бегуны, смесь не только перемешивается, но и перетирается, так как песчинка под катком получает вращательное движение. При этом она покрывается тон кой оболочкой шины. В смешивающий аппарат сначала загружают сухие ма териалы: отработавшую смесь, песок, угольный порошок или опилки, затем добавляют воду и после двух – трех минут смешивания вводят глину.

Свойства смеси определяются путем испытания смеси на прочность, га зопоглощаемость, пластичность, противопригарность, податливость.

Газопроницаемость – способность смесей вследствие своей пористости пропускать образующиеся в форме в процессе ее заливки газы. Газопроница емость растет с увеличением размера и однородности зерен песка, а также по мере уменьшения плотности набивки глины и влаги.

Для испытания смеси на газопроницаемость из нее изготавливают стан дартные образцы диаметром 50 ± 0,2 мм.

Для определения газопроницаемости через стандартный образец про пускают воздух объемом V = 2000 см3, при этом фиксируют давление Р воз духа перед образцом и время его прохождения через образец.

Газопроницаемость выражается безразмерным числом, которое опреде ляется по формуле:

V h K, F P где V – объем воздуха, прошедшего через образец, см3;

h – высота образца, см;

F – площадь поперечного сечения образца, см2;

Р – давление воздуха перед образцом, г/см2;

– время прохождения воздуха через образец, мин.

Для определения газопроницаемости применяют специальный прибор (рисунок 4.2). Газопроницаемость определяется в зависимости величины дав ления.

При этом для испытания смеси газопроницаемостью более 50 приме няют ниппель 1,5 мм.

Прочностью смеси называют ее способность выдерживать внешние нагрузки без разрушения.

Распространены два метода определения твердости: на сжатие и растя жение. Прочность на сжатие определяется на влажных образцах, а прочность на растяжение – на образцах, прошедших предварительную сушку, прочность определяем по формуле:

nP, кг/см2, F где n – зависит от соотношения плеч;

Р – нагрузка разрушающая, кг;

F – площадь образца.

2) Порядок проведения работы.

1. Приготовить по три килограмма смесей следующих составов (состав смеси приводится в % в таблице 4.2).

2. Изготовить по три образца для испытания на растяжение из каждой смеси и установить их в печь для сушки образцов.

3. Изготовить по три образца из каждой смеси, для испытания на га зопроницаемость для различных смесей.

4. Определить прочность смеси на сжатие во влажном состоянии.

5. Определить прочность смеси на растяжение в высушенном состоя нии.

6. Дать оценку влияния содержания глины на газопроницаемость.

1 – каток;

2 – механизм поворота;

3 – смесь формовочная.

Рисунок 4.1 – Бегуны лабораторные 3) Содержание отчета.

1. Составы исследованных смесей и режимы их приготовления.

2. Краткое описание методов испытания смесей.

3. Анализ результатов и выводы о влиянии содержании глины на свой ства смеси.

4. Результаты испытаний свести в таблицу 4.3.

3) Вопросы.

1. Что такое газопроницаемость?

2. Как определяется твердость?

3. Как определяется состав смеси?

4. Как влияет состав смеси на ее свойства?

5. Какой вид оборудования применяется для определения формовочных смесей?

Таблица 4.1 – Газопроницаемость смесей Диаметр отверстия Диаметр отверстия Давление, см.

ниппеля ниппеля Давление вод. ст.

0,5 1,5 0,5 1, 1,0 - 950 3,6 24,4 1,1 - 850 3,7 22,7 1,2 - 180 3,8 21,8 1,3 - 710 3,9 21,0 1,4 - 650 4,0 20,0 1,5 - 610 4,1 19,5 1,6 - 550 4,2 19,0 1,7 - 595 4,3 18,5 1,8 - 492 4,4 17,8 1,9 - 467 4,5 17,3 2,0 49 440 4,6 16,7 2,1 47 417 4,7 16,2 2,2 44 398 4,8 13,7 2,3 42 373 4,9 15,2 2,4 40 358 5,0 14,7 2,5 38 341 5,1 14,3 2,6 36 326 5,2 13,8 2,7 34 313 5,3 13,4 2,8 33 300 5,4 13,0 2,9 31 287 5,5 12,6 3,0 30 275 5,6 12,2 3,1 29 287 5,7 11,8 3,2 28 253 5,8 11,4 3,3 27 243 5,9 11,0 3,4 25,8 235 6,0 10,7 3,5 24,2 226 6,1 10,3 6,2 10,0 6,3 9,7 Таблица 4.2 – Состав смеси Номер смеси Песок кварцевый Глина Вода 1 92 3 2 89 6 3 86 9 1 – стопор;

2 – шайба;

3 – цилиндр;

4 – указатель;

5 – водозаборник;

6 – патрубок;

7 – смесь формовочная;

8 – стопор;

9 – цилиндр;

10 – вентиль;

11 – корпус;

12 – патрубок;

13 – манометр.

Рисунок 4.2 – Прибор для определения газопроницаемости Таблица 4.3 – Результаты испытаний Газопроницаемость Предел Предел прочности прочности По норм. По ускор.

сжатие растяжение методу методу Но Сред- Сред- Сред- Сред мер Но Номер нее нее Номер нее Номер нее смеси мер затера значе- значе- затера значе- затера значе затера ние ние ние ние 123 123 123 1 – корпус;

2 – шток;

3 – цилиндр;

4 – ручка;

5 – наконечник;

6 – пята;

7 – механизм подъема.

Рисунок 4.3 – Прибор для определения предела прочности смеси на сжатие 5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 – КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ Цель работы: ознакомится с кристаллизацией металлов.

Оборудование: изложница, жидкий металл, штангенциркуль, печь ин дукционная, термопара.

1) Теоретическая часть.

При охлаждении жидкого металла образуются кристаллические агрега ты. Такой процесс перехода называется кристаллизацией металлов. Охлажде ние жидкого металла сопровождается потерей теплоты, уменьшением кине тической энергии атомов и их средней скорости;

в результате каждый атом занимает меньший объем, и объем металла сокращается. Этот процесс сопро вождается увеличением сил связей между атомами при температуре кристал лизации (теоретическая температура кристаллизации равна температуре плавления), отдельные атомы теряют свободу к перемещению. Возникают устойчивые группы атомов, имеющие строение с определенной симметрией.

Эти группы являются центрами, к которым в процессе затвердевания присо единяются соседние атомы.

Процесс кристаллизации металла сопровождается выделением опреде ленного количества энергии (скрытой теплоты кристаллизации). Неизбеж ность перехода металла из жидкого состояния в твердое объясняется закона ми термодинамики, поскольку все самопроизвольные процессы протекают в сторону образования состояния с наименьшим запасом свободной энергии.

Для жидкого и твердого металлов влияние температуры на изменение свободной энергии, как показано на рисунке 5.1.

При температуре tпл свободные энергии жидкого и твердого металлов одинаковы и система находится в термодинамическом равновесном состоя нии. Для перехода металла из одного агрегатного состояния в другое должна возникнуть разность свободных энергий F1 – при расплавлении или F2 – при кристаллизации (в этих случаях запас свободой энергии минимален, и си стема находится в устойчивом состоянии).

Таким образом, процесс кристаллизации будет происходить при t2, а процесс плавление при t1, то есть для процесса, кристаллизации необходимо переохлаждение системы (t2), для расплавления – перегрев (t1).

Кривые охлаждения, построенные в координатах температура – время для идеального случая кристаллизации, а также реальных случаев кристалли зации и нагрева при расплавлении металлов приведены на рисунке 5.2.

В процессе кристаллизации выделяется скрытая теплота кристаллиза ции, а при расплавлении металла поглощается теплота плавления. Поэтому эти процессы осуществляются при постоянной температуре (горизонтальные площадки на кривых охлаждения и нагрева).

Многие металлы обладают большой склонностью к переохлаждению.

Поэтому у таких металлов в первый период кристаллизации вследствие бур ного выделения скрытой теплоты кристаллизации наблюдается подъем тем пературы (седловина на кривой 3, рисунок 5.2). Движущей силой кристалли зации является наличие разности свободных энергий.

Рисунок 5.1 – Изменение свободной энергии металла 1 – идеальный случай кристаллизации;

2 – реальный случай кристаллизации;

3 – кристаллизация металла с большим переохлаждением;

4 – расплавление металла с перегревом.

Рисунок 5.2 – Кривые охлаждения и нагрева металлов Разность свободных энергий с увеличением степени переохлаждения возрастает, в то время как скорость диффузии атомов в кристаллизующейся системе уменьшается. Изменение скорости кристаллизации Vкр. в зависимости от температуры, показано на рисунке 5.3.

При малых степенях переохлаждения (возрастающий участок кривой Vкр) диффузная подвижность атомов большая и на скорость кристаллизации влияет в основном разность свободных энергий. При больших степенях пере охлаждения (ниспадающий участок кривой Vкр) преобладающее уменьшение диффузионной подвижности атомов определяет уменьшение скорости кри сталлизации.

Установлено, что кристаллизация состоит из процесса зарождения "за чатков" или зародышей кристаллов (центров кристаллизации) и процесса ро ста кристаллов. Суммарная скорость кристаллизации зависит от скорости за рождения центров кристаллизации в единице объема жидкого металла и ско рости их роста. Число центров и скорость их роста зависят от степени пере охлаждения.

Рисунок 5.3 – Изменение скорости кристаллизации металла в зависимости от температуры Размер образующихся зерен зависит от соотношения величин роста кристаллов и зарождения центров.

При большой скорости зарождения центров и малой скорости роста кристаллов возникает мелкозернистая структура;

при малой скорости зарож дения центров и большой скорости роста кристаллов структура кристалла бу дет крупнозернистой. Так как величина зерна металла влияет на его физико механические свойства, то, создавая определенные режимы переохлаждения металла, можно изменять величину зерна и, следовательно, свойства металла.

Возникновение зародыша зерна начинается с появления в расплаве слу чайной группировки атомов (рисунок 5.5, а);

ориентировка зародышей при этом случайная.

1 – скорость роста кристаллов;

2 – скорость зарождения центров.

Рисунок 5.4 – Влияние степени переохлаждения на скорости Рисунок 5.5 – Схема процесса затвердевания чистого металла Вследствие непрерывного отвода теплоты зародыши растут, за это же время появляются новые центры (рисунок 5.5, б). Каждый кристалл свободно растет в жидкости, наиболее быстро в направлениях плоскостей с максималь ной плотностью упаковки атомов, так как для свободных атомов расплава эти плоскости соответствуют положениям наименьших энергий. В результате та кого процесса возникает древовидная форма кристаллов (дендритов), состоя щих из ветвей, каждая из которых наиболее быстро развивается в определен ном кристаллографическом направлении. Пока растущий кристалл изолиро ван от других, он имеет почти совершенное кристаллическое строение. Одна ко при столкновении растущих кристаллов их правильная огранка нарушает ся (рисунок 5.5, в). По окончании кристаллизации плоских граней (рисунок 5.5, г) не остается. Внешняя форма не отражает присущую им внутреннюю симметрию. Средний поперечный размер зерен металлов находится в преде лах 0,1 – 0,01 мм.

1.1) Строение слитка.

Макроструктура слитка, образующаяся при его затвердевании, обычно определяет степень химической неоднородности, прочность и анизотропию слитка.

На рисунке 5.6 показаны три основных типа структуры слитков.

При получении реальных слитков, чтобы избежать большой потери ме талла из-за образования усадочной раковины, слиток отливают прибыльной частью.

В прибыльной части располагается усадочная раковина и поэтому эту часть слитка (после прокатки слитка) отрезают. Отходы металла при этом со ставляют 14 – 22%.

Сталь, затвердевая в изложнице, кристаллизуется, образуя кристалличе ские зерна. В зависимости от скорости охлаждения зерна имеют разную фор му и величину. Наружный слой слитка (рисунок 5.6) формируется из большо го количества мелких кристаллов, за ним образуется слой вытянутых к центру слитка столбчатых кристаллов, а в средней части слитка – крупные, беспоря дочно ориентированные кристаллы.

а – полностью столбчатая структура;

б – смешанная структура;

в – полностью равноосная структура.

Рисунок 5.6 – Типы структуры слитков Строение слитка спокойной стали:

– зона мелких равноосных кристаллов;

– зона столбчатых кристаллов;

– зона равноосных крупных кристаллов;

– усадочная раковина.

При затвердевании стали в изложнице проявляется химическая неодно родность стали (ликвация). Ближе к стенкам изложницы затвердевают кри сталлы, содержащие наименьшее количество примесей (углерод, сера, фос фор и др.), и в жидкой стали остается большая их концентрация.

Затем затвердевают более богатые примесями кристаллы, чем первые, но в оставшейся жидкой стали еще больше примесей и т.д.

Различают ликвацию в пределах одного зерна (дентритная), межденд ритную, когда по границам зерен затвердевают пленки, резко обогащенные примесями, и зональную, характеризующуюся повышенным содержанием примесей (в особенности углерода, серы и фосфора) в разных частях слитка, например, в осевой его части в области усадочной раковины, где металл за твердевает в последнюю очередь.

1.2) Определение величины усадки слитка.

Усадкой называется свойство сплавов уменьшаться в объеме при охла ждении.

Объемная усадка определяется по формуле:

Q формы Q слитка 100 %, E об. у.

Q формы где Qформы – объем формы (изложницы), в которую залит сплав;

Qслитка – объем полученного слитка.

С усадкой связано образование пористости в отливке, появление рако вин, из-за усадки в слитке появляются остаточные напряжения.

2) Порядок проведения работы.

1. Изучить необходимое оборудование.

2. Произвести заливку металла.

3. Установить термопару.

3) Содержание отчета.

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Краткое описание.

4.Построение графика охлаждения металла.

5. Выводы.

4) Вопросы.

1.Когда и где образуется дендритная структура?

2. Что влияет на физико-механические свойства?

3. Нарисуйте график охлаждения чистого железа.

4. Нарисуйте график нагрева чистого железа.

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 – РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ В ПЕСЧАНУЮ ФОРМУ Цель работы: ознакомиться с методикой разработки технологического процесса получения заготовки для конкретной детали.

Оборудование: печь для плавки металла, формовочный инструмент, мо дель, формовочная смесь, опоки, штангенциркуль, шахта для выплавки ме талла.

1) Теоретическая часть.

Для этого на отдельном листе приводят эскизный чертеж детали и на нем разрабатывают чертеж отливки.

Разработка начинается с анализа технологичности конструкции литой детали. При этом учитываются свойства сплава, требовательность к различ ным частям отливки. На основании анализа имеющихся данных определяют:

– способ формовки и поверхность разъема формы;

– число и границы стержней;

– конструкцию литниковой системы и ее параметры (приводят расчет элементов);

– размеры опок и число отливок в каждой опоке.

При выборе способа формовки необходимо максимально механизиро вать процесс, выбрать наиболее простой способ формовки в опоках, с мини мальным числом стержней. При назначении наложения отливки в форме необходимо:

а) наиболее важные части отливки расположить в нижней части формы, так как металл получается в этих местах наиболее плотным;

б) отливку расположить в форме так, чтобы обеспечить ее направлен ное затвердевание и питание;

в) поверхности отливки, служащие базой при механической обработке расположить в одной форме;

г) обрабатываемые поверхности расположить внизу, вертикально или наклонно.

Отливки из сплавов с большой усадкой (сталь, ковкий чугун) следует помещать в форме так, чтобы наиболее массивные части, требующие допол нительного питания, находились вверху.

При определении поверхности разъема нужно, чтобы:

– форма и модель имели только одну поверхность разъема, по возможности плоскую, удобную для формовки и сборки формы;

– отливка целиком помещалась в одной, желательно нижней полу форме;

– число стерженей было минимальным;

– модель свободно извлекалась из формы.

Пример выбора разъема модели и формы показан на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Эскиз отливки и пример разработки технологического процесса Когда положение отливки в форме установлено, на все обрабатываемые поверхности назначают припуски на механическую обработку. Величина припуска зависит от типа металла отливки, степени точности, размера обра батываемой поверхности и положения этой поверхности в форме (смотри таблицу 6.1).

Таблица 6.1 – Припуски на механическую обработку отливок из серого чугуна – класса точности по ГОСТ – 1855- Номинальный размер, мм Наибольший Полож.

габаритный при за- До 50 50 – 120 120 – размер ливке До 120 Верх. 2,5 3,5 2,5 4,0 4, Низ. бок. 2,0 2,5 2,0 3,0 3, 120 – 260 Верх. 2,5 4,0 3,0 4,5 5,0 3,0 5,0 5, Низ. бок. 2,0 3,0 2,5 3,5 4,0 2,5 4,0 4, 260 – 500 Верх. 3,5 4,5 3,5 5,0 6,0 4,0 6,0 7, Низ. бок. 2,5 3,5 3,0 4,0 4,5 3,5 4,5 5, 1 – верхняя опока;

2 – литниковая система;

3 – стержень;

4 – смесь формовочная;

5 – деталь;

7 – выпор;

8 – опока нижняя;

9 – штифт.

Рисунок 6.2 – Отливка в песчаную форму На следующем этапе разработки технологии получения отливки на чер теж детали наносят границы стержней и размеры стержневых знаков.

Размеры горизонтальных стержневых знаков определяются длиной стержня и их диаметром или средней толщиной (таблица 6.2).

Таблица 6.2 – Длина горизонтальных стержневых знаков при формовке "по сырому" ГОСТ 3606-97 мм Длина знака при длине L, мм не более b a или D, мм до 50 50 – 150 150 – 300 300 – 500 500 – до 25 15 25 40 - 25 – 50 20 30 45 60 50 – 100 25 35 50 70 100 – 200 30 40 55 80 200 – 300 – 50 60 90 300 – 500 – – 80 100 Высота вертикальных стержневых знаков определяется по таблице 6.3.

Таблица 6.3 – Высота вертикальных стержневых знаков по ГОСТ 3606-97 мм Высота знака h при длине L, мм ab или D, мм до 50 50 – 150 150 – 300 300 – Z до 25 20 25 - 25 – 50 20 40 60 50 – 100 25 35 50 100 – 200 30 30 40 200 – 300 40 40 40 1.1) Литниковая система для серого чугуна.

Суммарная площадь поперечного сечения питателей равна:

G F, (6.1) t 2g H P где G – масса отливки с прибылями, г;

– плотность жидкого металла, г/мм3;

t – время заполнения формы, с;

0, 35 0, 5 – коэффициент сопротивления литниковой системы и полости формы;

g – ускорение силы тяжести, мм/с2;

НP – расчетный статистический напор, мм.

h H, (6.2) H P cm 2H отл где Hcm – высота стояка над питателем, мм;

h – высота отливки, мм.

Припуски на нижнюю и боковую поверхность имеют одинаковое зна чение. На верхнюю припуск увеличивается. Последнее объясняется тем, что при заливке различные включения всплывают и загрязняют поверхность от ливки.

Время заполнения формы определяется в зависимости от массы отлив ки по формуле:

tK, G где К – коэффициент, характеризующий толщину стенки отливки;

G – масса отливки с литниковой системой, кг.

Таблица 6.4 – Зависимость коэффициента К от толщины стенки формы Толщина стенки, мм до 10 11 – 20 21 – 40 Коэффициент 1 1,3 1,5 1, Площадь поперечного сечения остальных элементов системы находят по соотношениям, установленным на основе практических данных. Для сред них и мелких отливок:

F н F мм F с 1 0 1,1 1, 2.

1.2) Литниковая система для остальных отливок.

Сталь имеет плохие литейные свойства: усадка приближается к 2%, низкая текучесть, склонность к трещинообразованию и образованию окисных плен. Все это сказывается на конструкциях и размерах литниковых систем.

Продолжительность заливки формы определяем по формуле:

tk S G, (6.3) где k 1,4 1,6 – характеризует толщину стенок отливки, мм;

G – масса отливки с литниками и прибылями, кг.

Суммарное сечение питателей для стальных отливок можно определить по формуле:

G, (6.4) t L K где – удельная скорость заливки (зависит от относительной плотности K отливки) кг/см2;

L – коэффициент поправки на текучесть стали (для углеродистых сталей L=1,15).

G 0–1 1–2 2–3 3–4 4–5 5– кг / d м K V 0,97 1,02 1,12 1,2 1,29 1, K Площадь сечения остальных элементов литниковой системы определя ют из соотношения:

F n F мм F cm 1,0 1,1 1,2.

Подбор размеров прибылей для питания стальных отливок осуществ ляют по расчетным номограммам. Ориентировочные размеры прибылей мо гут быть определены из соотношения d ( 1,8 2,5 ) D, (6.5) где d – диаметр вписанной окружности прибыли, мм;

D – диаметр вписанной окружности наиболее массивной прибыльной части, мм.

Выпоры делают на самых высоких точках отливки и желательно со сто роны, противоположной подводу металла. Ставить выпор на массивных ча стях отливки не рекомендуется, так как он, имея меньшее сечение и затверде вая раньше отливки, будет питаться ее металлом.

2) Порядок проведения работы.

1. По чертежу детали студенты должны рассчитать технологию получе ния отливки и сделать эскиз отливки с литниковой системой.

2. Сделать эскиз модели. Расположенные модели на подмодельной пли те, эскиз стержневого ящика.

3. Получить готовую модель отливки заданной детали, сравнить рас четные размеры с размерами реальной модели и результаты занести в таблицу 6.5.

3) Содержание отчета.

1. Цель работы.

2. Оборудование 3. Краткое теоретическое обоснование.

4. Порядок проведения работы.

5. Изобразить эскизный чертеж детали;

отливки с размерами припусков уклонов, стержневые знаки и элементы литниковой системы;

стержневые ящики и формы в сборе.

6. Результаты размеров отливки и литниковой системы с размерами, полученной модели, свести в таблицу 6.5.

7. Выводы.

Таблица 6.5 – Результаты измерений Источник Размеры, мм Площадь сечения элемен- Размеры стерж размеров тов литниковой системы невых знаков, мм длина ширина питатель шлакоул. стояк длина раздел сечения Расчетные Модельные 4) Вопросы.

1. Зачем нужна литниковая система?

2. Почему литниковые системы разные для чугуна и стали?

3. Как помещаются отливки в форме?

4. Что такое припуск?

5. Где располагаются знаки у стержней?

6. Что такое выпор, и для каких целей он нужен?

7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ЦЕНТРОБЕЖНЫМ СПОСОБОМ Цель работы: ознакомление студентов с центробежными способами получения отливок.

Оборудование: установка для центробежного литья в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, штангенциркуль, печь для расплавления материа ла.

1) Теоретическая часть.

Центробежным литьем называется способ получения отливок, при ко тором залитый металл подвергается действию центробежных сил. Развитие центробежных сил в металле достигается заливкой во вращающуюся форму или приведением формы во вращение непосредственно после заполнения ее металлом.

Центробежные способы литья подразделяются на горизонтальный и вертикальный.

При горизонтальном способе отливаются детали большой длины, а также чугунные, водопроводные и канализационные трубы, стальные стволы орудий, гильзы цилиндровых двигателей.

При вертикальном способе можно получать отливки: венцы червячных колес, бандажи колес и т.д.

Центробежным способом можно получать фасонные отливки, не явля ющиеся телами вращения. При этом полости, служащие формами для отлив ки деталей, располагаются симметрично относительно вращающейся план шайбы и заполняются через центральный стояк.

Качество получаемых отливок определяется скоростью вращения форм.

Применяемые на практике скорости вращения колеблются от 25 до об/мин и зависят в основном от удельного веса отливаемого материала.

Усилие центробежных сил, определяющих плотность отливки, опреде ляется по формуле:

P m r, (7.1) где Р – центробежная сила, Н;

m – масса заливаемого металла, кг;

r – радиус формы, м;

– угловая скорость, с-1.

= 7,85 – плотность стали г/м3;

= 6,8 – плотность чугуна г/м3.

2) Порядок проведения работы.

1. Определить количество расплавленного сплава для заливки во вра щающуюся форму для получения втулки с толщиной стенки 10 мм.

2. Получить отливки при вращении формы с n = 500 об/мин;

n = об/мин.

3. Произвести замеры отливок (наружный и внутренний диаметр с обо их концов втулки).

4. Визуально определить качество полученных отливок. Описать де фекты.

1 – электродвигатель;

2 – передача ременная;

3 – форма;

4 – отливка;

5 – станина;

6 – выталкиватель.

Рисунок 7.1 – Установка для центробежного литья в горизонтальной плоскости 3) Содержание отчета.

1. Описать основные виды центробежного литья.

2. Подсчитать усилия, действующие на отливку при различных числах оборотов вращения формы.

3. Начертить эскизы.

4. Выводы.

4) Вопросы.

1. Какие дефекты у отливок при центробежном литье?

2. Какие недостатки центробежного литья в вертикальной плоскости?

8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 – ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Цель работы: изучить принцип работы установки для литья под давле нием и качество полученной отливки.

Оборудование: установка для литья под давлением, технические весы, разновесы, материал для литья, стержни для очистки литниковой системы и канала для отвода газов, мерный стакан, шланги для подачи воды.

1) Теоретическая часть.

Сущность процесса заключается в заполнении металлической формы расплавки под действием внешних сил;

затвердевание отливки осуществляет ся под избыточным давлением.

Литье под давлением является одним из самых высокопроизводитель ных специальных видов литья, так как технологический процесс осуществля ется на машинах, то его можно полностью автоматизировать.

Этот вид литья широко применяется в точном приборостроении и тек стильном машиностроении, электротехнической, автомобильной, тракторной и других отраслях промышленности.

Возможно получение отливок с толщиной стенок меньше 1 мм. Литье под давлением используется для получения отливок сложной конфигурации преимущественно из цветных сплавов массой от нескольких граммов до де сятков килограммов, В соответствии с ГОСТами за счет тщательной подго товки пресс-форм точность отливок достигает 8 – 13 квалитетов, шерохова тость поверхности 12a =25…0,32 мкм. Отливки характеризуются высокими механическими свойствами, а литье под давлением вследствие отсутствия формовочных материалов отличается улучшенными условиями труда и меньшим загрязнением окружающей среды. Литье под давлением считают малооперационной и безотходной технологией.

Недостатками литья под давлением являются: высокая стоимость пресс форм, возможность переработки ограниченной номенклатуры металлов и сплавов, ограниченные размеры и массы отливок.

Расплавленный в специальной печи материал сплавляют в прессующий цилиндр 2 (рисунок 8.1) столько, сколько нужно для заполнения одной фор мы.

Включается прессующее устройство, и прессовый поршень 2 входит в прессующий цилиндр 2, и через открывающее отверстие литникового канала впрессовывает металл в форму. После этого поршень перемещается, и вслед за ним из прессующего цилиндра выталкивается толкателем 3 остаток метал ла. При открывании формы отливка автоматически выталкивается из нее, од новременно выводятся стержни.

1 – выталкиватель;

2 – цилиндр;

3 – толкатель;

4 – платформа неподвижная;

5 – отливка;

6 – платформа;

7 – стойка.



Pages:   || 2 | 3 |
 










 
© 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.