Строение (кристаллическая решетка), виды металлов.
Материалы могут быть: искусственные (сталь резина пластмасса) и естественные (песок камень дерево)
Металлы делятся на 2 группы: Цветные и черные.
лёгкие металлы (алюминий титан магний и др.) железо-плотность 7,8.
тяжёлые металлы они с большой плотностью (свинец медь цинк и др.)
тугоплавкие элементы – температура плавление больше чем температура плавление железа (вольфрам, хром, тантал)
благородные или драгоценные металлы. Высокая хим. Стойкость (золото серебро платино)
рассеянные металлы их очень мало в природе (талий)
редкоземельные металлы (3-й группы) они обладают близкими свойствами (лантан, иттрий) находятся всегда в близи друг друга.
Радиоактивные материалы (уран плутоний палоний фторий)
*Медь, алюминий, свиней, никель, титан – наиболее важны из цветных металлов. Они используются либо в чистом виде, либо в сплаве с другими металлами.
Основная продукция чёрной металлургии:
– чугуны: передельный, используемый для передела на сталь, и литейный, для производства фасонных отливок;
– железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали;
– ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния, ванадия, титана и т.д.) для легированных сталей;
– стальные слитки для производства проката,
– стальные слитки для изготовления крупных кованных валов, дисков (кузнечные слитки).
Основная продукция цветной металлургии:
– слитки цветных металлов для производства проката;
– слитки для изготовления отливок на машиностроительных заводах;
– лигатуры – сплавы цветных металлов с легирующими элементами для производства сложных легированных сплавов;
– слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения и электротехники.
29,8 t – галлий, температура плавление.
2230 – т. Кимения
Индий – равномерно рассеивает цвет (для зеркал)
Берилий 1,84 гм см кубич. Легче алюминия в 1,5 раза
Прочнее алюминия в 5 раз
Прочнее титана в 3 раза
Применяется в атомной технике.
Литий в ядерной технике
Нионий очень пластичен темп.плав 2500градусов
Тантал- плавки метал т.п. 2996С применяется в виде пластинок для пласт.хирургии.
Осний один из самых твёрдых (тяжолых) материалов. Очень устойчив. Используют для изгот. Хирург. Инструм. И для изготовки часовых механизмов.
Лёгкий материал – титан алюминий.
Металический блеск и теплопроводность – металлы
Процесс перехода сплава из жидкого состояния в твердый с образованием кристаллов – это процесс КРИСТАЛИЗАЦИИ
КРИСТАЛИЧЕСКАЯ РЕШОТКА воображаемая кристаллическая пространственная сетка в узлах которых распологаются атомы ионы, образ. Металлы как правило расположены в определённом электрическов порядке который периодич. Повтор. В простр.
ОЦК – объёмы центрировано- кубические
ГЦК – грани центрировано-кубич.
ГПУ – гексонально-плотноупакованная
Измеряется в Нм (нано метры)
Полишарфизм- способность материалов изменять тип кристаллической структуры решотки в зависимости от погодных условий.
Дефекты 3-х типов(точечный дифект): 1-вакансий
2- примесный атом
3-дислоцированный атом
Линейные дефекты
Дислокация-это линии в доль и близи которых нарушено правильно-периодич. Расположение атомов плоскостей.
Срез материала
Поверхностные дефекты
Свойства металлов.
1)физические – цвет, плотность, температура плавления, теплопроводность, теплоёмкость, тепловое расширение, магнитность и т.д. Цвет – способность металлов отражать световое излучение с определённой…Металы: лёгкие и тяжолые. Тугоплавкий металл: тантал 2996 С, титан 1725 С. Плавкий металл: олово 232 С, свинец 327 С, алюминий 660 С.
Теплопроводность – способность металлов передавать тепло с более нагретых участков к менее нагретым.
Медь, алюминий, серебро(у них наиб теплопроводность)
Теплопроводность измеряется в Вт/(м*К)
Тепловое расширение это способность металлов увелич в размерах при нагревании и уменьш при охлаждении. Коэффициент линейного расширения к-ент объёмного расширения.
ТЕПЛОЁМКОСТЬ это способность металлов при нагреве поглащать определённое количество тепла(Дж/Кельвин)
Удельная теплоёмкость это физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 Кельвин. Удельная теплоемкость обозначается
буквой c и измеряется в Дж/кг*Кельвин.
Свойства металлов подразделяются на физические, химические, механические и технологические.
Физические свойства металлов.
К физическим свойствам относятся плотность, плавление (температура плавления), теплопроводность, тепловое расширение.
Плотность — количество вещества, содержащееся в единице объема.
Плавление — способность металла переходить из кристаллического (твердого) состояния в жидкое с поглощением теплоты.
Теплопроводность — способность металла с той или иной скоростью проводить теплоту при нагревании.
Электропроводность — способность металла проводить электрический ток.
Тепловое расширение — способность металла увеличивать свой объем при нагревании.
Химические свойства металлов.
Химические свойства металлов характеризуют отношение их к химическим воздействиям различных активных сред. Каждый металл обладает определенной способностью сопротивляться этим воздействиям. Основными химическими свойствами металлов являются окисляемость и коррозионная стойкость.
Окисляемость — способность металла вступать в реакцию с кислородом под воздействием окислителей.
Коррозионная стойкость —способность металла сопротивляться коррозии.
Механические свойства металлов.
К механическим свойствам металлов относят твердость, прочность, вязкость, упругость и пластичность.
Твердость — способность металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела.
Прочность — способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил.
Вязкость — способность металла сопротивляться быстро возрастающим ударным нагрузкам.
Упругость — способность металла восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия действующей нагрузки.
Пластичность — способность металла, не разрушаясь, изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.
Технологические свойства металлов.
Технологические свойства металлов определяют их способность подвергаться различным видам обработки. Основными технологическими свойствами металлов являются ковкость, свариваемость, жидкотекучесть, прокаливаемость, обработка резанием.
Ковкость — способность металла изменять свою форму в нагретом или холодном состоянии под действием внешних сил.
Свариваемость — способность двух частей металла при нагревании прочно соединяться друг с другом.
Жидкотекучесть — способность расплавленного металла легко растекаться и хорошо заполнять форму.
Прокаливаемость — способность металла закаливаться на ту или иную глубину.
Обрабатываемость резанием — способность металла подвергаться механической обработке режущим инструментом с определенной скоростью и усилием резания.
3.Химические и технологические свойства металлов.
ХИМ СВ-ВА
Способность сплавов сопротивляться
Карозия- хим нарушение металлов под воздействием на их поверхность огресивной среды.
Растворимость. Это - способность вещества растворятся в том или ином растворителе. Металлы растворяются в сильных кислотах и едких щелочах.
В промышленном производстве наиболее часто употребляется серная, азотная и соляные кислоты, смесь азотной и соляной кислот (царская водка), а также щелочи - едкий натр и едкое кали.
Растворение может быть частичным, затрагивающим только поверхностные слои, или полным, когда металл полностью переходит в раствор.
Частичное растворение происходит, например, при травлении изделий для получения гладкой поверхности или для нанесения рисунка на изделие, полное - при растворении цинка в соляной кислоте в целях получения флюса для пайки.
Окисляемость. Она характеризует способность металлов соединяться с кислородом и образовывать оксиды.
Интенсивность окисления металлов пропорциональна энтальпии их оксидов (таблица 14). Для сравнения отметим, что энтальпия монооксида углерода СО составляет 111 кДЖ/моль.
ТЕХН СВ-ВА
1. литейное св-во : жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации.
2. деформируемость: способность принимать необходимую форму под влиянием внешн нагрузки без разрушений и при наим.сопротивлении
Нагрузки.
3.обрабатываемость резанием
4. прокаливаемость способность подвергаться термической обработке.
5. свариваемость способность м и сплавов образовывать неразъёмные соединения требуемого качества .
Кроме физических, химических и механических свойств, металлы и сплавы обладают технологическими свойствами (жидкотекучестью, штампуемостью, обрабатываемостью режущими инструментами, прокаливаемостью и др.). Эти свойства определяют посредством упрощенных испытаний, называемых технологическими пробами.
С помощью технологических проб устанавливают способность металла принимать определенные деформации или выдерживать воздействия, подобные тем, которым он будет подвергаться при обработке или в процессе эксплуатации уже в виде изделий.
Пробы не дают цифровых показателей механических свойств металла, но часто позволяют определить очень важные качества его.
Технологические пробы осуществляются по определенным правилам и оговариваются в технических условиях. Как правило, размеры испытуемых образцов и условия их испытания должны быть для всех образцов строго одинаковые, иначе результаты испытания могут получиться различные.
В качестве показателей пригодности металла для каждого вида пробы служат характеристики, например угол загиба, число перегибов проволоки, степень навивания проволоки и т. д.
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся в практике пробы.
Проба на загиб в холодном и нагретом состоянии (ОСТ 1683) дает возможность установить, может ли металл принимать заданный по размерам и форме загиб. Качество материала определяется способностью образца изгибаться на заданный угол вокруг оправки, без оправки до полного соприкосновения или до параллельности сторон.
4. Физические и эксплуатационные свойства металлов.
Физические свойства металлов.
Плотность. Это - одна из важнейших характеристик металлов и сплавов. по плотности металлы делятся на следующие группы:
легкие (плотность не более 5 г/см3) - магний, алюминий, титан и др.:
тяжелые - (плотность от 5 до 10 г/см 3) - железо, никель, медь, цинк, олово и др. (это наиболее обширная группа);
очень тяжелые (плотность более 10 г/см 3) - молибден, вольфрам, золото, свинец и др.
1. карозионная стойкость – сопротивление сплавов действию спресивно-кислотных и щелочных средств
2. хладостойкость – способность сплавов сохранять пластичные свойства при температуре ниже нуля
3 жаропрочность – способность сплавов сохранять механ св-ва при высоких температурах
4. жаростойкость – способность сплавов сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.
5 антифрикционность – с с прерабатываться к другому сплаву
Эксплуатационные свойства.
Эти свойства определяют в зависимости от условий работы машины специальными испытаниями.
Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.
Износостойкость - свойство материала оказывать сопротивление износу, т. е. постепенному изменению размеров и формы тела вследствие разрушения поверхностного слоя изделия при трении. Испытание металлов на износ проводят на образцах в лабораторных условиях, а деталей - в условиях реальной эксплуатации. При испытаниях образцов моделируются условия трения, близкие к реальным. Величину износа образцов или деталей определяют различными способами: измерением размеров, взвешиванием образцов и другими методами.
К эксплуатационным свойствам следует также отнести хладостойкость, жаропрочность, антифрикционность и др.
5. Механические свойства металлов, их испытания.
Способность металлов сопротивляться воздействию внешних сил: прочность, упругость, пластичность, ударная вязкость, твёрдость, выносливость.
Нагрузка измеряется в Ньютонах.
Напряжение – велич нагрузки, отнесённая к ед. площади поперечного сечения, испытуемого образца. Нагрузка это сила.
Диформация – изменение формы и размеров твёр. Тела под влиянием внешних сил.
Упругая и пластичная (виды диформации)
Св-ва: твёрдость – способность материалов сопротивляться упруго-пластичной диформ. При внедрении в него более твёрдого тела.
Способы измерения твёрдости: шор, роквелл (HRC(если выше, то холодное оружие), HRB, HRA-условия испытания твёрдости ,закалка) бринель меряют диаметр отпечатка(HB – стальной закаленный шарик, HBW –может мерять более твёрдое тело, щарик из твёрдого сплава) виккерс.
Разделяют: вцарапыванием, вдавливанием, отскоком
В результате испытаний на растяж. В процессе которого образец диф-ется плавно возрастающей нагрузкой до его растяжения, параметры: прочности ( способность металлов сопротивляться разрушению под воздействием нагрузок): временное сопротивление разрушения, физ свойства текучести, истинное сопр разрушения.
Пластичность – способность металлов получать остаточные изменения и размеров без разрушения.
Ударная вязкость – отношение работы затраченной на разрушение образца к области поперечного разрушения в месте разрыва.: ообразная и вэобразная.
Циклич. Вязкость – способность м поглощать энергию при повторных, переменных нагрузках.
Усталость – процесс постепенного накопления повреждений м под воздействием повторно-переменных напряжений, приводящих к образованию разломов и трещин.
Выносливость – способность металлов сопротивляться усталости.
Предел выносливости – это максимальное напряжение, которое может вынести материал без разрушений заданное число цикл нагружений.
6. Металлургическое производство: определение, перечень производств, продукция.
Металлургия (от латинского обрабатывание металлов добываемых руд) область науки и техники, отрасль про-сти, охват-щие процессы получения м из руд и др. материалов, а так же процессы сообщающие металич. Сплавов путём изменения их хим. Сост. И строение(структуры) св-в соответствующих назначению.
Металлу́ргия и металлурги́я — (от др.-греч.— добываю руду, обрабатываю металлы) — область науки и техники, отрасль промышленности .
К металлургии относят:
процессы обработки руд с целью подготовки к извлеч м-ов (дробление, обогощение, кускование)
Процесс извлеч м из руд и других материалов
Очистка м от нежелат примесей(фосфор и сера и др)
Производство м и сплавов
Термические механические и термомеханические обработки
Обработка м давлением и литьём
Покрытие в декоративных или защитных целях поверхности изделий их м слоями другого м
М-кое производство – сложная система производств базирующихся на месторождении руд, коксующих углей, энергетич комплексах и включающих:
1,Шахты и карьеры (руд) по дабыче руд и каменного угля
2,Горно-обогатительный комбинат
3,Коксохим заводы(подготовка угля, их коксование и извлеч хим продуктов)
4,Энергетич цеха (для получения зжатого воздуха), очистив м-их газов
5,Доменные цеха для выработки чугуна
6,Стале-плавильные цеха (конвертерные, мортеновские и электро стали плавИльные)
7,Прокатные цеха.
Основная продукция чёрной металлургии:
1)чугун: передельный и литейный
2)железнорудные метализованные окатыши для выплавки стали, ферросплавы (с повыш кремния и меди) для выплавки легированных сталей.
3)стальные слитки для производства сортового проката (палки, рельсы, проволока), а так же для листа, труб и тд.
4)стальные слитки для изготовления крупных кованных волОв, дисков, ротеров, турбин (кузнечные слитки)
Цветная м-ия
Слитки цветн м производства проката
Слитки для изготовления отливок
Слитки чистых и особо чистых м для приборостроения и электротехники.
ЛигатОры – сплавы цветн м и легир элементов для произв сложных легированных м-ов
7. Сырье для металлургического производства.
Материалы применяемые для м-ов
1)промышленная руда
Медные рУды подвергают обогащению.
Обогащение – совокупность операций по первичн обработке руд, угля и прочего с целью удаления породы и разделения минералов.
Способы обогащения:магнитное, гравитационное, по физ-химич св-вам поверхностей (плотАция)
Флюз – материалы загруж в плавИльную печь для образ легкоплавкого соед-ия с пустой породой рудЫ или концентратом и золой топлива
Топливо: 1)кокс, 2) природн газ, 3) мазуд, 4) колошниковый газ
Коксование – хим перераб топлива, нагреванием до 950тыс % без доступа для получ кокса (кокс 70-80%, кокс-ого газа 15-25%, жидкий побочн продукт 30%)
Содерж углерода в кокс 80-88%
Зола 8-12%
Доменный газ – отходящий газ доменных печей (процесс неполн згорания углерода)
Природн газ – содерж 90-98% углерода, около 1% азота.
МазУт – содержит 84-88% углерода, 10-12% водорода, и небольш колич серы и кислорода
Огнеупорный материал применяют для изгот внутренне-облицовочного слоя (фитерОвка)
Производство чугуна
Чугун – это сплав железа с угеродом с содержанием углерода не менее 2,14%
Магнитный железняк
Красный железняк 55-60% содерж углерода
Бурый железняк гидрады оскида железа 37-55%(содерж железа)
Маргонцевые рУды-содерж маргонца 10-80% либо содерж марг до 1-го%
8. Подготовка руд к доменной плавке.
Перед плавкой руды подвергают предварительной обработке, которая заключается в дроблении крупных кусков и отделении мелочи, обогащении, окусковании мелочи, усреднении химического состава.
Крупные куски руды для плавки мало пригодны, так как они медленно восстанавливаются в печи. Мелкая пылевидная руда также нежелательна; она уносится из печи вместе с колошниковыми газами и, кроме того, закрывает поры между кусками руды, препятствуя прохождению газов в печи, а это ведет к снижению производительности последней и увеличивает расход топлива. Крупные куски руды до плавки дробят на щековых дробилках, а затем сортируют, отделяя мелочь («отсев»).
Мелкие куски руды размалывают на дробильных валках или шаровых мельницах, затем просеивают в ситах и брикетируют или спекают.
Для удаления пустой породы и части вредных примесей бедные руды обогащают, применяя для песчано-глинистых пород промывку, а также магнитную сепарацию. При промывке постепенно отмокающая пустая порода удаляется проточной водой. В тех случаях, когда руда обладает магнитными свойствами, ее подвергают магнитной сепарации, т. е. отделяют железосодержащие руды от пустой породы. Для крупнокусковой руды применяют сухую магнитную сепарацию, а для мелкокусковой — мокрую.
Окускование —процесс образования кусков требуемых размеров из мелочи, подвергаемой плавке. Чугунную стружку, подлежащую переплавке, смешивают с рудной мелочью и спрессовывают на особых брикетировочных прессах в куски («брикеты»).
Рудную мелочь подвергают спеканию (агломерации), при котором происходит образование кусков руды и частичное удаление из нее вредных примесей. Этот процесс осуществляется в особых агломерационных агрегатах при температуре 1300—1400° С. Увлажненная рудная мелочь предварительно смешивается с измельченным топливом (коксом) и с известняком. После спекания куски образовавшегося пористого материала (агломерата) направляют в плавку.
9. Устройство и работа доменной печи.
Доменная печь — относится к печам шахтного типа.Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой. Часть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки.Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия (10—16, в зависимости от размера домны). В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками. Эти отверстия носят название фурмы. Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух. Фурмы охлаждаются водой, циркулирующей в пространстве между стенками труб.Внизу горна расположены отверстия для выпуска чугуна — чугунная летка, и для выпуска шлака — шлаковая летка. Нижняя часть, или дно, горна называется лещадью. Лещадь опирается на железобетонный фундамент печи. Стенки доменной печи выложены огнеупорным шамотным кирпичом. Огнеупорная кладка печи заключена в стальной кожух, который изготовляют из склепанных или сваренных между собой листов. Для повышения стойкости огнеупорной кладки производится охлаждение ее с помощью металлических холодильников, в которых циркулирует вода.
10. Сущность и продукты доменного производства.
Основным продуктом доменной плавки является чугун.
Передельный чугун предназначается для дальнейшего передела в сталь. На его долю приходится 90 % общего производства чугуна. Обычно такой чугун содержит 3,8…4,4 % углерода, 0,3…1,2 % кремния, 0,2…1 % марганца, 0,15…0,20 % фосфора, 0,03…0,07 % серы.
Литейный чугун применяется после переплава на машиностроительных заводах для получения фасонных отливок.
Кроме чугуна в доменных печах выплавляют
Ферросплавы – сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами. Их применяют для раскисления и легирования стали.
Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и доменный газ.
Из шлака изготовляют шлаковату, цемент, удобрения (стараются получить гранулированный шлак, для этого его выливают на струю воды).
Доменный газ после очистки используется как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в печь.
11. Сущность процесса производства стали.
Сущность процесса. Стали свыше полутора процентов углерода эластичны. Основными исходными материалами для производства стали является передельный чугун и стальной лом (скраб). Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне по этому сущность любого металургич процесса передела чугуна в сталь, это снижение содержания углерода и примесей путём их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе выплавки . как правило железа окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом реакция идёт по след схеме ……………………………………………………….. одновременно с железом окисляется кремний фосфор марганец углерод. Образующийся оксид железа при высоких температур отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне окисляя их.
12. Способ выплавки стали в кислородном конвертере.
. Чугун переделывают на сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатов: мартеновских печах, кислородных конвертерах и в электрических печах. Кислородный конвертер – представляет сосуд грушевидной формы из стального листа футыровалы основным кирпичом, вместимость кол-вом 130-150т жидкого металла. В процессе работы конв. может поворачиваться на 360 градусов. Для загрузки скрапа, заливки чугуна, а также слива стали и шлака. Шихтовыми материалами кислородно конв. процессора являются: -жидкий передельный чугун, стальной лом (скрап), его не более 30%. Известь для наведения шлака железная руда, боксит (Al2O3) и плавиковый шпат (CaF2), которые идут для разжижения шлака. После очередной плавки стали отверстие заделывают огнеупорной массой, осматривают и ремонтируют. Перед плавкой конвертер наклоняют с помощью завалочных машин в него загружают скрап. Далее заливают чугун при температуре 12500-1400 градусов. После этого конвертер поварачивают в рабочее положение внутрь вводят водоохлаждаемую фурму и через нее подают кислород под давлением 1,5 Мпа (0,9 – нижний полкал). Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит и железную руду. Кислород поддающийся под давлением проникает в металл вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 градусов в зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом растворённый кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой выделяющейся при окислении. Фосфор удаляется в начале продувки ванной кислородом, когда ее температура невысока содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15%. При повышенном содержании фосфора т.е. больше чем 0,15% для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, а это снижает производительность конвентера. Сера удаляется в течение всей плавки. Содержание серы в чугуне должно быть менее 0,07%. Подачу кислорода прекращают, когда содержание углерода соответствует требуемому, после этого конвертер поворачивают и выливают сталь в ковш, где ее раскисляют осождающим методом с помощью феромарганца, феросилиция или Al, затем сливают шлак. В кислородных конвентерах с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низко лигированые стали. Лигирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали. Плавка в конвертерах вместимостью от 130-350 т заканчивается через 25-30мин.
13. Разливка стали.
Способы разливки стали. Из плавильных печей сталь подается в ковш, который матовым краном переносит к месту разливки стали. Из ковша сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы. Изложницы – это чугунная форма для изготовления слитков. Кристаллизатор – машина для непрерывного литья заготовок. В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает. В результате получаются слитки, которые затем подвергают ковке и прокатке. Изложница может иметь прямоугольное, круглое, квадратное или многогранное поперечное сечение. Слитки с квадратным сечением, переделывают на сортовой прокат: - гвухтарковые палки; уголки; швеллеры. Из слитков прямоугольного сечения получают листы. Слитки круглого сечения используют для изготовления труб, колес. Из слитков многогранного сечения получают поковки. Спокойные и кипящие стали разливают в слитки m до 25 тонн. Легированные и высококачественные стали, слитки массой до 7 тонн. Сталь разливают в изложницы сверху, далее снизу и в машинах для непрерывного литья. В изложнице сверху, сталь разливают непосредственно из ковша. При этом исключается расход металла на литники Упрощается подготовка оборудования к разливке. Литник – система отверстия. Недостатки: недостаточное качество поверхности слитка, из-за наличия пленок-оксидов от брызг металла затвердевающих на стенках изложницы. Этот способ применяется для разливки углеродных сталей. При сифонной разливке может заполнятся от 4 до 60 изложниц. Изложницы устанавливаются на поддоне. В центре которого располагается центровой литник. Футерованный огнеупорными трубками. Этот литник соединен каналами с изложницами. Жидкая сталь из ковша попадает в центровой литник и снизу без разбрызгивания, заполняет изложницу. Преимущества: поверхность слитка получается чистой можно разливать большую m металла сразу в несколько изложниц. Этот способ разливки используется для легированных и высококачественных сталей.
14. Получение чистого железа.
Получение чистого железа возможно электролизом водных растворов его солей, термическим разложением в вакууме пентакарбонила железа Fe ( CO) 5 и другими методами. При получении чистого железа электролизом необходимо руководствоваться Следующими требованиями. Электролит готовят из чистого ( без примеси сульфатов) РеС12 - 4Н2О с концентрацией - 800 г / л ( содержание Fe ( III) в электролите 0 05 %); к электролиту добавляют также. Один из методов получения чистого железа ( обычно в виде нитевидных кристаллов) - восстановление его галогеиидов. В зависимости от способа получения чистого железа различают железо электролитическое и карбонильное. Применяется также как промежуточное вещество при получении чистого железаДля получения чистого железа, которое используется в производстве специальных сплавов, применяют метод прямого восстановления руд до металла, минуя стадии производства чугуна и стали. Отличается тягучестью, устойчивостью против коррозии, хорошей электропроводностью. У нас разработан новый способ получения чистого железа ( ВИТ-железо), отличающегося более высокими качествами, чем железо Армко. В камере плавления зоны с восстановительной и окислительной атмосферами следуют друг за другом. Поэтому необходимо остановиться на вопросе возможности получения чистого железа из окислов под воздействием восстановительной атмосферы. При повышенной температуре под давлением образует карбонилы Fe ( CO) 5, Ni ( CO) 4 и др., являющиеся координационными соединениями. Это жидкости, которые могут распадаться на металл и окись углерода, чем пользуются для получения чистого железа и других металлов При повышенной температуре под давлением СО образует карбонилы Fe ( CO) 5, Ni ( CO) 4 и др., являющиеся координационными соединениями. Это жидкости, которые могут распадаться на металл и оксид углерода ( II), чем пользуются для получения чистого железа и других металлов ( Это приводит к способности переходных элементов давать комплексные соединения. Известно, например, что железо образует тетра-и пентакарбоннлы. Жидкий карбонил железа может быть разогнан и отделен от примесей. На этой основе построен один из промышленных методов получения весьма чистого железа. В результате восстановления металлов окисью углерода могут получаться также их карбиды. Применяя в качестве восстановителя водород, можно получать чистые металлы. Однако сравнительно высокая стоимость водорода и сложность его применения ( необходимость сооружения герметичных установок и др.) ограничивают применение этого восстановителя. Его используют только в особых случаях, например при бездоменном получении чистого железа. В результате восстановления металлов окисью углерода могут получаться также их карбиды. Применяя в качестве восстановителя водород, можно получать чистые металлы. Однако сравнительно высокая стоимость водорода и сложность его применения ( необходимость сооружения герметичных установок и др.) ограничивают применение этого восстановителя. Его используют только в особых случаях, например при, бездоменном получении чистого железа. Незаполненные электронами Зй-состояния могут привлечь неразделенную пару электронов какой-либо молекулы. Это приводит к способности переходных элементов давать комплексные соединения. Известно, например, что железо образует тетра - и пентакарбонилы. Жидкий карбонил железа может быть разогнан и отделен от примесей. На этой основе построен один из промышленных методов получения весьма чистого железа.
15. Выплавка меди.
16. Выплавка магния.
17. Выплавка алюминия
Выплавка алюминия весьма энергоемка: каждая тонна металла требует затраты около 16 тыс. квт-ч электроэнергии. Первичная его очистка осуществляется продувкой хлора. Продажный металл содержит обычно 99 7 % алюминия. Наряду с другими примесями ( главным образом Si и Fe) в нем имеются и следы галлия.
Выплавка алюминия производится в большинстве случаев не на месте добычи, а в районах, располагающих большими ресурсами гидроэлектрической энергии.
Для выплавки алюминия в электропечах используют криолит. Криолит получают обработкой плавиковой кислотой смеси, содержащей гидроксид алюминия и гидроксид натрия.
Основы выплавки алюминия электролизом сохранились неизменными до настоящего времени, только увеличился объем электролизеров, а издержки производства резко сократились.
На выплавку алюминия массой 2 кг расходуется оксид алюминия массой 4 кг.
Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Его дно ( под), собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды ( один или несколько) располагаются сверху: это - алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами. На современных заводах электролизеры устанавливают сериями; каждая серия состоит из 150 и большего числа электролизеров.
18. Выплавка титана.
19. - Заготовительное производство. Методы получения заготовок.
Выбор метода и способа получения заготовки
Необходимость экономии материальных ресурсов предъявляет высокие требования к рациональному выбору заготовок, к уровню их технологичности, в значительной мере определяющей затраты на технологическую подготовку производства, себестоимость, надёжность и долговечность изделий.
Правильно выбрать способ получения заготовки – означает определить рациональный технологический процесс её получения с учётом материала детали, требований к точности её изготовления, технических условий, эксплуатационных характеристик и серийности выпуска.
Машиностроение располагает большим количеством способов получения деталей. Это многообразие, с одной стороны, позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики машин за счёт использования свойств исходного материала, с другой – создаёт трудности при выборе рационального, экономичного способа получения детали.
Особенно важно правильно выбрать вид заготовки, назначить наиболее рациональный технологический процесс её изготовления в условиях автоматизированного производства, когда размеры детали при механической обработке получаются «автоматически» на предварительно настроенных агрегатных станках или станках с числовым программным управлением (ЧПУ). В этом случае недостаточные припуски так же вредны, как и излишние, а неравномерная твёрдость материала или большие уклоны на заготовке могут вызвать значительные колебания в допусках размеров готовой детали.
Поэтому очень важен экономически и технологически обоснованный выбор вида заготовки для данного производства.
Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали – главная задача заготовительного производства.
Заданные конструктором геометрия, размеры и марка материала детали во многом определяют технологию изготовления. Таким образом, выбор вида заготовки происходит в процессе конструирования, так как при расчёте деталей на прочность, износостойкость или при учете других показателей эксплуатационных характеристик конструктор исходит из физико-механических свойств применяемого материала с учётом влияния способа получения заготовки.
Факторы, влияющие на себестоимость производства в машиностроении, делятся на три группы:
1-я группа – конструктивные факторы, т.е. конструктивное решение самой детали, обеспечивающее приемлемость её для изготовления обработкой давлением, литьем, сваркой; выбор марки материала и технологических условий;
2-я группа – производственные факторы, т.е. характер и культура производства, технологическая оснащенность, организационные и технологические уровни производства;
3-я группа – технологические факторы, характеризующие способ формообразования заготовок, выбор самой заготовки, оборудования и технологического процесса получения детали.
То, насколько полно в заготовке учтено влияние факторов первой и второй групп, позволяет судить о технологичности заготовки.
Под технологичностью заготовки принято понимать, насколько данная заготовка соответствует требованиям производства и обеспечивает долговечность и надежность работы детали при эксплуатации.
Выпуск технологичной заготовки в заданных масштабах производства обеспечивает минимальные производственные затраты, себестоимость, трудоемкость и материалоемкость.
Третья группа факторов важна, когда детали могут быть получены одним или несколькими способами литья или обработки давлением, например, фланцы, тройники, шестерни. Однако при литье структура металла, а следовательно, и механические свойства, ниже, чем при обработке металлов давлением. Также, особенно при литье в кокиль или под давлением, выше вероятность возникновения литейных напряжений и наличия пористости.
При штамповке, создавая направленную структуру, можно увеличить эксплуатационные свойства детали. В то же время заданный параметр шероховатости поверхности и точность размеров могут быть обеспечены в обоих случаях.
Таким образом, при выборе способов получения заготовки в первую очередь следует учитывать основные факторы (себестоимость и требования к качеству), ориентироваться на то, что в конкретном случае является определяющим.
В качестве другого примера можно рассмотреть крупногабаритные детали значительной массы, требующие для своего изготовления уникального оборудования большой мощности. Такие детали целесообразно изготавливать сварными. Это позволяет сократить длительность цикла изготовления, повысить качество металла за счет применения слитков меньшей массы с меньшим количеством литейных дефектов, но при этом уменьшается коэффициент использования металла, увеличивается трудоемкость.
Оптимальное решение при выборе заготовок может быть найдено только при условии комплексного анализа влияния на себестоимость всех факторов, при обязательном условии положительного влияния способа получения заготовки на качество изделия.
В себестоимости изготовления детали значительную долю составляют затраты на материал (около 60 %). Поэтому пути снижения себестоимости целесообразно искать в снижении расхода материала.
Технологичность детали с определенной степенью приближения оценивается следующими показателями:
– коэффициент
выхода годного (
)
;
– весовой
точности (
)
;
– использования
металла (
).
– характеризует расход металла в заготовительном цехе, размер брака, технологических отходов, определяется по формуле:
где:
–
масса исходного металла;
–
масса заготавливаемого металла.
Коэф высокой точности– отражает степень приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали, т.е. характеризует объем механической обработки, определяется по формуле:
где:
–
масса готовой детали.
Коэф использования металла – отражает общий расход металла на изготавливаемую деталь, определяется по формуле:
