
- •Конструкційні матеріали
- •Розділ і Виробництво чорних металів
- •Тема 1.1. Виробництво чавуну план
- •Контрольні питання:
- •Тема 1.2. Виробництво сталі план
- •Основні реакції і процеси виробництва сталі
- •Контрольні питання:
- •Розділ іі Кристалічна будова і механічні властивості металів
- •Тема 2.1. Кристалічна будова і кристалізація металів
- •Тема 2.2. Механічні властивості металів
- •Механічні властивості металів:
- •Випробування на твердість (статичне випробування)
- •Випробування на розтяг (статичне випробування)
- •Випробування на удар (динамічне випробування)
- •Розділ ііі Основи теорії сплавів
- •Тема 3.1. Основні поняття із теорії сплавів
- •Контрольні питання:
- •Тема 3.2. Діаграми стану подвійних сплавів
- •Поняття про діаграми стану сплавів, їх побудова.*
- •Діаграми стану для випадку утворення компонентами механічної суміші, твердого розчину необмеженого і обмеженого, хімічної сполуки.**
- •Зв’язок між діаграмами стану і властивостями.**
- •Діаграма стану сплавів-механічних сумішей (і роду)
- •Правило відрізків (важеля)
- •Діаграма стану для випадку утворення компонентами необмеженого твердого розчину (іі роду)
- •Діаграма стану для випадку утворення компонентами обмеженого твердого розчину (ііі роду)
- •Діаграма стану для випадку утворення компонентами хімічної сполуки (іv роду)
- •Зв’язок між властивостями сплаву і типом діаграми стану
- •Тема 4.1. Діаграма стану залізо-цементит
- •Діаграма стану Fe-Fe3c
- •Тема 4.2. Вуглецеві сталі План.
- •Тема 4.3. Чавуни план
- •Вплив домішок на структуру і властивості чавунів:
- •Розділ V. Термічна і хіміко-термічна обробка сталі
- •Тема 5.1. Основні положення термічної обробки сталі план
- •Перетворення в сталі при нагріванні
- •Перетворення в сталі при охолодженні
- •Контрольні питання
- •Тема 5.2. Термічна обробка сталі план
- •Відпал сталі
- •Нормалізація сталі
- •Гартування сталі
- •Поверхневе гартування.
- •Відпуск сталі
- •Дефекти сталі після термообробки
- •Контрольні питання
- •Тема 5.3. Хіміко-термічна обробка сталі план.
- •Цементація сталі
- •Цементація у твердому карбюризаторі.
- •Газова цементація.
- •Азотування
- •Ціанування
- •Контрольні питання
- •Розділ vі. Леговані сталі
- •Тема 6.1. Конструкційні леговані сталі план.
- •Класифікація легованих сталей:
- •Маркування легованих сталей
- •Контрольні питання
- •Тема 6.2. Інструментальні леговані сталі план.
- •Контрольні питання
- •Тверді сплави
- •Сучасні тверді сплави
- •Контрольні питання
- •Тема 6.3. Сталі і сплави з особливими властивостями план.
- •Контрольні питання
- •Розділ vіі. Кольорові метали та їх сплави
- •Тема 7.1. Мідь та її сплави план
- •Контрольні питання
- •Тема 7.2. Магній та його сплави план
- •Тема 7.3 Алюміній та його сплави план
- •Характеристика алюмінію**.
- •Алюмінієві сплави: класифікація, марки, термічна обробка, застосування.**
- •Контрольні питання
- •Тема 7.4. Титан та його сплави план
- •Контрольні питання
- •Тема 7.5. Антифрикційні сплави план
- •Контрольні питання
- •Розділ vііі. Основи ливарного виробництва
- •Тема 8.1. Технологія виготовлення відливок в разових формах план
- •Лиття за виплавлюваними моделями
- •Тема 8.2. Технологія виготовлення відливок
- •Відцентрове лиття
- •Лиття під тиском
- •Контрольні питання
- •Розділ іх. Обробка металів тиском
- •Тема 9.1. Теоретичні основи обробки металів тиском план.
- •Контрольні питання
- •Тема 9.2. Прокатне виробництво план
- •Сортовий:
- •2) Листовий:
- •Контрольні питання
- •Тема 9.3. Кування план
- •Контрольні питання
- •Тема 9.4. Волочіння і пресування план
- •Волочіння
- •Пресування
- •Контрольні питання
- •Тема 9.5. Штампування план
Міністерство
освіти і науки, молоді
та спорту України
Сумський державний університет
Машинобудівний коледж
ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ
з дисципліни
“ Технологія
конструкційних матеріалів”
для студентів усіх форм навчання спеціальності
5.05050302 „Технологія обробки матеріалів на верстатах і автоматичних лініях”
2012 р.
Опорні конспекти розроблені викладачами дисципліни
„Технологія конструкційних матеріалів”
Гальченко І.Г. та Лобовим С.В.
Розглянуто і затверджено цикловою комісією спеціальності 5.05050302 „Технологія обробки матеріалів на верстатах і втоматичних лініях”
Протокол № 01 від “06” вересня 2012 р.
Рецензенти:
Рівні засвоєння навчального матеріалу:
перший рівень – початковий – відповідь студента при відтворенні навчального матеріалу – елементарна, фрагментарна, зумовлюється початковими уявленнями про предмет вивчення;
другий рівень – середній – студент відтворює основний навчальний матеріал, здатний розв’язувати завдання за зразком, володіє елементарними вміннями навчальної діяльності (*);
третій рівень – достатній – студент знає істотні ознаки понять, явищ, закономірностей зв’язків між ними, а також самостійно застосовує знання в стандартних ситуаціях, володіє розумовими операціями (аналізом, абстрагуванням, узагальненням тощо), уміє робити висновки, виправляти допущені помилки; відповідь повна, правильна, логічна, обгрунтована, хоча їй бракує власних суджень (**);
четвертий рівень – високий – знання студента є глибокими, міцними, узагальненими, системними; студент уміє застосовувати знання творчо, його навчальна діяльність має дослідницький характер, позначена вмінням самостійно оцінювати різноманітні життєві ситуації, явища, факти, виявляє і відстоює особисту позицію (***).
Вступ
Технологія конструкційних матеріалів – наука про способи добування, будову, властивості та методи обробки металевих і неметалевих матеріалів.
Дисципліна разом з іншими загальнотехнічними дисциплінами (креслення, нарисна геометрія, технічна механіка, взаємозамінність, стандартизація та технічні вимірювання) дає необхідну загальноінженерну підготовку, забезпечує отримання знань, необхідних для роботи на виробництві; на базі цього предмету забезпечується засвоєння інших загальнотехнічних і спеціальних курсів.
Всі технологічні процеси машинобудування, в результаті яких одержують деталь, вузол машини, можна поділити на чотири групи:
Технологічні процеси машинобудування |
|||||||
|
|
|
|
|
|||
1. Отримання матеріалів
|
2. Формоутворення заготовок |
3. Електрофізико-механічні методи обробки заготовок |
4. Термічна обробка металів
|
||||
|
|||||||
Отримання конструк-ційного матеріалу за-даного хімічного складу і форми для подальшої обробки (отримання зливку) |
Отримання заготовки, близької за формою і розмірами до готової деталі (отримання відливки, поковки) |
Зняття із заготовки шару металу для одержання необхідної точності розмірів, форми і чистоти поверхні |
Отримання необхід-ної структури і властивостей матеріалу для забезпечення необхідних технічних вимог до деталі та надійності її роботи |
Конструкційні матеріали, що застосовуються в машинобудуванні, належать до однієї з трьох груп:
Конструкційні матеріали
Метали
Неметали
Композиційні матеріали
чорні сталь, чавун ≈ 94% |
кольорові Al, Cu, Mg, Ti, Zn, Sn ... |
пластмаси, гума, скло, деревина, фарби, клеї, лаки … |
метал + неметал неметал + неметал |
Розділ і Виробництво чорних металів
Тема 1.1. Виробництво чавуну план
Поняття чавуну.*
Початкові матеріали для одержання чавуну.**
Підготовка їх до плавки.*
Конструкція і робота доменної печі.**
Суть доменного процесу.**
Продукти доменного виробництва.**
Техніко-економічні показники роботи доменної печі.*
Чавун – залізовуглецевий сплав, який містить більше 2,14% вуглецю.
Початкові матеріали:
Залізні руди.
Паливо.
Флюси.
Руда – природна мінеральна сировина, яка містить метали в кількості і вигляді, придатному для промислового використання. Руда складається з рудних мінералів (містять потрібний метал) і пустої породи.
До залізних руд належать:
Червоний залізняк (гематит) – залізо у вигляді Fe2O3 (45-65% заліза).
Бурий залізняк (лимонит) – залізо у вигляді Fe2O3.Н2О (25-50% заліза).
Магнітний залізняк (магнетит) – залізо у вигляді Fe3O4 (40-70% заліза).
Паливо – горюча речовина, при спалюванні якої виділяється велика кількість тепла.
Кам’яновугільний кокс одержують в результаті теплової обробки коксівного вугілля при температурі 1000 – 1100оС без доступу повітря. Питома теплота згорання – 30 тис. кДж/кг.
Деревне вугілля одержують в результаті сухої перегонки без доступу повітря з дров при температурі 400 – 450оС. Пит. тепл. згор. – 34 тис. кДж/кг.
Мазут – залишок від перегонки нафти. ПТЗ – 44 – 46 тис. кДж/кг.
Природний газ містить 99,9% вуглеводнів. Об’ємна теплота згорання – 33 – 65 тис. кДж/м3.
Флюси – речовини, які додають під час плавки для плавлення пустої породи руди і утворення шлаків (флюси + пуста порода + зола палива), для переводу з металу в шлак шкідливих домішок. Флюсом для доменної плавки є вапняк СаСО3, іноді – доломіт CaMg(CO3)2
Початкові матеріали для плавки в певному ваговому співвідношенні називаються шихта.
Підготовка руд до доменної плавки (прискорює плавку і зменшує витрати коксу) включає:
дроблення кусків руди;
збагачення – попередня обробка руди для відокремлення частини пустої породи і збільшення вмісту рудних мінералів; для залізних руд застосовують промивання водою для відокремлення піщано-глиняної породи та магнітне збагачення – відокремлення магнітних мінералів від інших з допомогою магнітів;
спікання (агломерація) – процес окускування дрібних рудних матеріалів при температурі 1200-1500оС на спеціальних агломераційних стрічкових машинах із застосуванням палива – дрібного коксу; продукт спікання – агломерат.
Чавун із залізних руд одержують в доменних печах. Це шахтна (вертикальна) піч, що має стальний корпус, викладена всередині шамотною цеглою (вогнетривким матеріалом). Домна має такі основні зони (зверху донизу): колошник, шахта, розпар, заплечики, горн. Через колошник в піч завантажують шихту окремими порціями – колошами. До колошника шихту доставляють два похилі скіпові підйомники. Шахта має форму зрізаного конусу, що розширюється донизу. Заплечики від розпару звужуються до горна, утримуючи тверду шихту в розпарі і шахті. У верхній частині горна розташовані фурменні отвори – фурми (16-20 шт.), через які під тиском подається підігріте (900-1200оС) збагачене киснем повітря, що забезпечує горіння палива (дуття).
Рисунок 1.1. Схема конструкції (а) і профіль (б) доменної печі:
1 - льотка для чавуну; 2 - фурма; 3 - розпар; 4 — шахта; 5 – стальний кожух;
6 - шамотна футерівка; 7 - конус великий; 8 — труба газовивідна; 9 - колошник;
10 - чаша; 11 - конус малий; 12 - заплечики; 13 - горн; 14 - льотка для шлаку.
При горінні коксу шихта нагрівається, плавиться і поступово опускається донизу. Назустріч шихті піднімаються гарячі гази. В результаті взаємодії компонентів шихти і газів на рівні розпару і заплечиків утворюється тверде губчасте залізо, яке потім насичується вуглецем, плавиться і стікає в горн. В горні накопичується рідкий чавун, а над ним – рідкий шлак (ρчав.=6,9 г/см3, ρшл.=2,5 г/см3).
Чавун і шлак періодично (кожні 2-3 години) випускають з печі через льотки (окремо чавун і шлак) tчав.=1300-1450оС, tшл.= tчав.+40-80оС.
Чавун по жолобу потрапляє в ковші, з яких розливається у форми – виливниці, або зливається у міксер.
Піч працює безперервно 4-8 років. Корисна висота печі – до 40 м; корисний об’єм – до 5000 м3.
Суть доменної плавки – відновлення заліза із його оксидів, що містяться в руді.
Етапи доменного процесу:
1. Горіння вуглецю палива: С + О2 → СО2
СО2 реагує з коксом: СО2 + С → СО
2. Розкладання компонентів шихти.
3. Відновлення оксидів.
Головний відновник – газ СО:
Fe2O3 + CO → Fe3O4 + CO2 + Q
Fe3O4 + CO → FeO + CO2 + Q
FeO + CO → Feтв + CO2 + Q
Відновлення відбувається також вуглецем:
FeO + C → Fe + CO
Відновлюються також оксиди марганцю, кремнію, фосфору.
4. Навуглецьовування заліза – відбувається в розпарі і заплечиках при взаємодії губчастого заліза з газом СО і потім рідкого чавуну з розпеченим коксом.
5. Шлакоутворення – шлак утворюється з пустої породи, золи коксу і флюсу, він плавиться в розпарі і заплечиках і стікає в горн.
Продукти доменного виробництва:
1. Чавун:
1.1. Переробний чавун – для переробки на сталь.
1.2. Ливарний чавун – для виробництва чавунних відливок.
1.3. Феросплави (мають підвищений вміст одного або кількох елементів – Si, Mn, Cr та ін.) – застосовують при виробництві сталі.
2. Доменний газ – відводиться через спеціальні труби, очищується і використовується як паливо для підігріву доменного дуття та в інших печах.
3. Доменний шлак – після випуску з печі його гранулюють і переробляють в різні будівельні матеріали.
Техніко-економічні показники роботи доменної печі:
Коефіцієнт використання корисного об’єму:
,
де W
– корисний
об’єм печі, м3;
Q
– добовий випуск чавуну, т.
Чим менше КВКО, тим краще працює піч (до 0,35).
Витрати коксу на виробництво 1 т чавуну: ≈ 550 кг.
Продуктивність печі – кількість чавуну, виплавленого за добу, місяць, рік.