63. Защитные среды и газы

Дуговую сварку в защитных газах можно осуществлять в среде как инертных, так и активных газов. При этом предпочтение следует отдавать автоматической и полуавтоматической сваркам, обеспечивающим наилучшее качество швов и высокую производительность процесса.

В качестве инертных газов используют чистый аргон Б и В по ГОСТ 10157 и технический гелий первого сорта по МРТУ 51-77; в качестве активного газа используют сварочный углекислый газ по ГОСТ 8050. Сварка может быть осуществлена неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами. При сварке в активном газе применяют только плавящийся электрод. В качестве не-плавящихся электродов для ручной и автоматической сварок на постоянном токе прямой полярности применяют вольфрамовые прутки по ТУ ВМ2-529, лантанированные вольфрамовые прутки ВЛ-2 и ВЛ-10 по СТУ 45ЦМ-1150, а также прутки из торированного вольфрама ВТ15 по ТУ 11ЯЕ.0021-056 и итрированного вольфрама СВИ-1 по ТУ 48-42-73; при сварке на переменном токе применяют чистые вольфрамовые прутки по ТУ ВМ2-529. Активированный вольфрам при постоянном токе повышает стабильность катодного пятна на конце электрода, вследствие чего повышается устойчивость дуги в широком диапазоне рабочих токов.

Для предупреждения образования пор рекомендуется применять присадочные материалы с повышенным содержанием раскислителей Si и Мn (Св-08Г2С; Св-12ГС; Св-08ГСМТ и др.). На свойства металла шва влияет качество углекислого газа. Повышенное содержание в нем водяных паров и воды способствует образованию пор даже при хорошей защите от воздуха и надлежащем количестве кремния и марганца в сварочной ванне. Сварку легированных сталей следует выполнять без присадки или с присадкой, аналогичной или близкой по составу основному металлу. Для повышения стойкости металла шва против образования горячих трещин при применении плавящегося электрода сварку металла с повышенным содержанием углерода (более 0,25%) рекомендуется выполнять с минимальным расплавлением основного металла. Для предупреждения появления горячих трещин в металле шва при сварке сталей типа «хромансиль» рекомендуется применять сварочную проволоку Св-08Г2СМ. При многослойной сварке изделий из сталей «хромансиль», подвергаемых упрочняющей термической обработке, рекомендуется применять проволоку Св-08Х3Г2СМ. В качестве защитной среды при сварке проволокой Св-18ХМА рекомендуется газовая смесь аргона с 5% СО₂, обеспечивающая при сварке хорошее формирование сварных швов и незначительное разбрызгивание.

Формирование сварных швов улучшается при сварке конструкционных сталей с использованием смеси газов — аргона и гелия (до 25%); чтобы избежать пористости в шве, а также улучшить устойчивость горения дуги при сварке на переменном токе, дополнительно вводят небольшое количество кислорода (до 1%). При сварке в среде защитных газов легированных конструкционных сталей (25ХГСА, 30ХГСА, 28ХЗСНМВФА) и др. иногда наблюдается пористость в сварных швах, вызываемая повышенным содержанием газов, особенно азота в основном металле (более 0,02—0,03%). В этом случае борьба с пористостью путем подбора проволоки, защитных газов, режимов сварки и других технологических мероприятий является малоэффективной, необходим отбор плавок, содержащих менее 0,02% азота.

65. Литниковые системы

Устройство литниковых систем. Система каналов, обеспечивающая подвод расплава в полость формы, питание отливки в процессе кристаллизации и улавливание шлака и песочных включений, называется литниковой системой. После выбивки форм литниковая система отделяется от отливки и поступает на переплавку.

Рис. 97. Элементы литниковой системы

На рис. 97 изображены элементы литниковой системы, состоящей из литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3 и питателей 4.

Литниковая чаша, имеющая форму воронки, предназначается для удобства заливки расплава в форму и частичного удержания шлака. Литниковые чаши бывают различной конструкции. Они изготовляются либо в виде отдельных стержней, либо заформовываются в металлической рамке.

Рис. 98. Конструкция литниковых систем:

1 - литниковая чаша, 2 - стояк, 3 - выпор, 4 - выпорная чаша, 5 - перегородка, 6 - ручки, 7 - металлический корпус, 8 - питатель, 9 - шлакоуловитель

На рис. 98 изображены наиболее распространенные виды литниковых чаш.

Чаши для мелких форм выполняются в верхней полуформе в виде воронки 1 (рис. 98, а) и в виде чаши с порошком (рис. 98, б), который при течении расплава способствует всплыванию шлака.

Чаши для среднего литья изготовляются отдельно в виде стержней 1 (рис. 98, в и г), устанавливаемых на форму при сборке. Такие чаши более емки и удобны при заливке. В дне чаш для среднего литья делают несколько мелких отверстий (диаметром 5—8 мм), играющих роль фильтровальной сетки и способствующих удержанию шлака.

Чаши для крупного литья (рис. 98, г) формуются в металлической рамке 7, а для удобства установки их на форму при сборке в рамке предусматриваются ручки 6. В конструкции такой чаши имеется специальная перегородка 5. При заполнении расплавом левой полости чаши 1 шлак, располагаясь сверху расплава, удерживается перегородкой от попадания внутрь сифонного стояка 2.

Стояк 2 (см. рис. 98) представляет собой вертикальный канал круглого сечения, соединяющий литниковую чашу и шлакоуловитель. Стояк формуется в верхней полуформе с помощью модели стояка. Модель стояка имеет форму конуса, расширяющегося к чаше. Делается это для облегчения извлечения модели из формы. Иногда стояк вырезается в верхней полуформе полой стальной трубкой.

У форм с вертикальной заливкой стояк формуется на плоскости разъема верхней и нижней полуформ. После сборки и кантования их на 90° вертикальный канал соединяет чашу и шлакоуловитель.

Шлакоуловитель 9 представляет собой горизонтальный канал трапецеидального сечения, выполняемый обычно в верхней полуформе. Назначение шлакоуловителя — задерживать шлак, попавший из литниковой чаши, и облегчать подвод расплава к отливке. При ручной формовке шлакоуловитель прорезается вручную, при машинной —выполняется в форме по модели, закрепленной на модельной плите.

Питатели 8 — тонкие и короткие каналы, соединяющие шлакоуловитель с литейной полостью формы. Питатели имеют различную форму поперечного сечения: трапецеидальную, прямоугольную, полукруглую и т. п. При машинной формовке модели питателей закрепляются на подмодельной плите нижней или верхней полуформы.

Конструкции литниковых систем подразделяются на вертикальные и горизонтальные со свободным падением расплава и с падением его по ломаной линии.

Литниковая система со свободным падением расплава состоит из литниковой чаши и стояка (см. рис. 98, а).

Литниковые системы с падением расплава по ломаной линии подразделяются на три подгруппы: у первой подгруппы расплав вводится через разъем в полость формы сверху (см. рис. 98, б), у второй расплав вводится через разъем формы преимущественно на половину высоты отливки (см. рис. 98, в), у третьей подгруппы расплав подводится в полость формы снизу сифоном (см. рис. 98, а). При изготовлении мелкого и среднего литья широкое применение нашла горизонтальная дроссельная литниковая система. Основным элементом дроссельной литниковой системы является дроссель — узкий щелевидный канал, соединяющий стояк и полость формы, регулирующий торможением расход расплава и обеспечивающий плавное поступление его в форму с хорошей очисткой от посторонних примесей.

Рис. 99. Дождевая литниковая система

Дождевая литниковая система (рис. 99) состоит из литниковой чаши 7, стояка 2, кольцевого шлакоуловителя 5, нижняя часть которого соединяется с литейной полостью отливки 4 большим количеством мелких вертикальных каналов — питателей 3. После заполнения шлакоуловителя расплав отдельными струйками стекает в полость формы, обеспечивая получение плотных отливок. Такая система применяется для отливки в сухих формах втулок, труб, барабанов и других цилиндрических ответственных отливок.

Ярусная литниковая система (с расположением питателей по высоте стояка) применяется при отливке крупных деталей с неравномерной толщиной стенок. Эта система позволяет хорошо питать отливку горячим расплавом в различных ее частях.

66. производство гнутых профилей.

Производство гнутых профилей — профилирование металлической заготовки методом последовательного изменения формы металлических листов и полос в валках профилегибочных агрегатов. В качестве материала заготовок может использоваться горячекатаная и холоднокатаная легированная сталь, алюминий, медь, цинк, бронза, латунь.

К гнутым профилям относят швеллеры и уголки (равнополочные и неравнополочные), зетовые и С-образные профили, специальные профили для вагоностроения, корытные профили, гофрированные профили, листовые профили с трапециевидным гофром. Обычно профилегибочная линия состоит из накопителя рулонов, загрузочного устройства (тележка, кран-балка), разматывателя, правильной машины, рабочих клетей, отрезного устройства, приемного стола, укладчика (штабелера) и автоматизированной системы управления (АСУ). Также в состав профилегибочной линии может входить устройство для обрезки концов рулонов и их соединения дуговой или точечной сваркой. В качестве отрезного устройства используют летучие пилы или пресс-ножницы. Тип профилегибочного агрегата обозначается с помощью четырех чисел (например, 1-3 X 500-1250). Первые два числа характеризуют толщину заготовки, два вторые — ширину заготовки (в миллиметрах).

Производство гнутых профилей на профилегибочных агрегатах осуществляется двумя основными способами. При непрерывном профилировании порезка профилей осуществляется за профилегибочным агрегатом, тогда как при поштучном профилировании заготовка режется на мерные длины перед агрегатом и только потом производится формоизменение. Бесконечный процесс профилирования обеспечивается сваркой заднего конца первого рулона с передним концом последующего рулона. В результате неправильной калибровки валков профилегибочного стана снижается качество профилей.

К дефектам внешнего вида профиля относятся серповидность (искривление в горизонтальной плоскости), винтообразность, волнистость, изгиб концов, искажение формы поперечных сечений на концах. Среди геометрических дефектов гнутых профилей выделяют изменение размеров крайних участков профиля, недоформовку радиусов закруглений, несоответствие заданным углам, несоответствие размерам по ширине и длине.

67. Физические основы сварки.

Монолитность сварных соединений достигается обеспечением физико-химических и атомно-молекулярных связей между элементарными частицами соединяемых тел.

Элементарные связи удерживают каждый атом внутри кристалла симметрично направленными силами. На свободной поверхности тела атом неуравновешен вследствие отсутствия или ослабления связей с внешней стороны (рис. 1.1,а). Это явление увеличивает потенциальную энергию ε_г поверхностного слоя. При соединении тел требуется извне механическая или тепловая энергия ε_г для преодоления энергетического барьера (рис. 1.1,б).

Внешняя механическая энергия деформации будет затрачена на преодоление сил отталкивания, возникающих между поверхностными атомами сближаемых тел. Когда расстояния между ними будут близки к межатомным, в решетке кристаллов возникают квантовые процессы взаимодействия электронных оболочек атомов. После этого общая энергия системы начнет снижаться до уровня, соответствующего энергии Е^ε₀ атомов в решетке целого кристалла, т. е. будет получено монолитное соединение.

Тепловая энергия, сообщенная поверхностным атомам при повышении температуры, увеличивает флуктуационную вероятность развития процессов электронного взаимодействия и облегчает процесс соединения.

Рис 1.1 Энергетический барьер потенциальной энергии системы атомов у поверхности кристалла (а) и на границе твердой и жидкой фаз в начальный период их контактирования (б)

Трехстадийность процесса сварки связана с тем, что ее (так же как и пайку) можно отнести к классу так называемых топо-химических реакций. Последние на микроучастках отличаются двухстадийностью процесса образования прочных связей между атомами соединяемых веществ (рис. 1 2). В микрообъемах процесс сварки завершается третьей стадией — диффузией

Рис 1.2 Кинетика изменения прочности соединения при быстром (1) н медленном (2) развитии физического контакта (А) и химического взаимодействия (Б) в зависимости от длительности сварки

На первой стадии А развивается физический контакт, т. е. осуществляется сближение соединяемых веществ на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия, а также происходит подготовка к взаимодействию. На второй стадии Б — стадии химического взаимодействия — заканчивается процесс образования прочного соединения на микроучастке.

Диффузионные процессы развиваются почти одновременно с прорастанием дислокаций при пластической деформации контактирующих поверхностей либо при наличии высокой температуры.

Практическое получение монолитных соединений осложнено двумя факторами.

Свариваемые поверхности имеют микронеровности, поэтому при совмещении поверхностей контактирование возможно лишь в отдельных точках; свариваемые поверхности имеют загрязнения, так как иа любой поверхности твердого тела адсорбируются атомы внешней среды.

Для качественного соединения изделий необходимо обеспечить контакт по большей части стыкуемых поверхностей и активацию их.

Активация поверхностей состоит в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается некоторая энергия, необходимая для обрыва связей между атомами тела и атомами внешней среды, насыщающими их свободные связи; для повышения энергии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера схватывания, т. е. для перевода их в активное состояние. Такая энергия активации может в общем случае быть сообщена в виде теплоты (термическая активация), упруго-пластической деформации (механическая активация), электронного облучения и других видов воздействия.

Определение процесса сварки целесообразно дать, исходя из анализа физико-химических особенностей получения соединений. В зоне сварки можно установить наличие двух основных физических явлений, связанных с термодинамически необратимым изменением формы энергии и состояния вещества (рис. 1.3): введения и преобразования энергии; движения (превращения) вещества.

Рис. 1.3 Схема модель, поясняющая термодинамическое определение и классификацию процессов сварки: T, TM, ПМ — термические, термомеханические и прессово-механические процессы

Исходя из сказанного, можно дать следующее термодинамическое определение процесса сварки.

Сварка — это процесс получения монолитного соединения материалов за счет термодинамически необратимого превращения тепловой и механической энергии и вещества в стыке.

Склеивание, цементирование и другие соединительные процессы, обеспечивающие монолитность соединения, в отличие от сварки и пайки, как правило, не требуют специальных источников энергии. Они реализуются обычно только за счет введения (преобразования) вещества (клея, цемента и т. д.).

Кроме самого общего, термодинамического, возможны и другие определения сварки. Например, в технологическом аспекте, согласно ГОСТ 2601—84, сварка — это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

68. Стружкообразование

Для обработки со снятием стружки характерно то, что инструмент внедряется в заготовку под действием силы резания. При этом с заготовки снимается стружка. На рис. 1 схематично показан процесс стружкообразования, воспроизведенный по фотографии корня стружки (на рисунке, ниже). Можно выделить четыре зоны в нераздельной деформированной области. Структура материала в заготовке переходит в структуру материала в стружке путем простого сдвига (область пластического сдвига). При резании хрупких материалов пластическая деформация в плоскости сдвига может привести к разделению материала по этой плоскости. Если же материал имеет большую пластичность, то разделение происходит только у режущей кромки (в области h). Растягивающие нагрузки, действующие одновременно силами сдавливания, направленными перпендикулярно к вновь образующимся при разделении материала поверхностям, в сочетании с господствующими здесь материалами и температурами приводят к сильным деформациям в краевых зонах: у передней поверхности - в стружке; у плоскости резания в обрабатываемой детали. При скольжении материала по поверхностям (передней и задней) инструмента в пограничных слоях (краевой зоне) возникают дополнительные пластические деформации. Так называемый текущий слой (не вытравленная зона а нижней стороне стружки), деформированная текстура которого образовывается в плоскости, параллельной к передней поверхности, создает картину процесса вязкого пластического течения материала с высокой степенью деформации. Стружка, образующаяся таким образом, называется сливной . Стружка может быть суставчатой, скалывания и надлома (рис. 2). Если допустить, что условия резания в плоскости пластического сдвига для большинства случаев обусловливают определенную степень деформации е0, то между характером (видом) диаграммы сдвигающие напряжения — деформация и формой стружки можно отметить взаимосвязь, представленную на рис. 2. Рис. 1. Зона стружкообразования при токарной обработке. Скорость резания v = 100 м/мин, поперечное сечение стружки as = 2.0,315 мм2; b — заготовка; 6, — плоскость резания; с — токарный резец; сг — передняя поверхность; с2 — задняя поверхность; d — стружка; е — структура материала заготовки; f — область пластического сдвига; g — структура стружки; п — структура материала заготовки в зоне непосредственной близости от режущей кромки; і — структура материала стружки в краевой зоне контакта с передней гранью инструмента; k — структура поверхностного слоя обрабатываемой детали в краевой зоне у плоскости резания (в зоне дополнительной деформации) Рис. 2. Виды стружки в зависимости от свойств материала: а — сливная; б - суставчатая; в — скалывания; г — надлома; т — прочность на сдвиг; в — степень деформации; I — область образования суставчатой стружки, стружки скалывания и надлома; II — область образования сливной стружки; области: ОЕ — упругая; ЕВ — пластическая; BZ — течения материала

70. Нагрев при ОМД.

Пластические свойства нагретого металла значительно выше, а сопротивление деформации ниже, чем холодного. Поэтому горячее пластическое деформирование сопровождается меньшими энергетическими затратами и используется более широко, чем холодное. Нагрев металла при обработке давлением оказывает влияние на качество и стоимость продукции. Основное требование к нагреву заключается в обеспечении равномерного прогрева слитка или заготовки по сечению и длине до соответствующей температуры за минимальное время с наименьшей потерей металла, переходящего в окалину, и экономным расходом топлива или электроэнергии. Неправильный нагрев металла может вызвать различные дефекты: трещины, обезуглероживание, повышенное окисление, перегрев и пережог. Трещины возникают при быстром нагреве и охлаждении крупных слитков и заготовок в печах вследствие возникающих в них высоких термических и фазовых напряжений. Термические напряжения связаны с неравномерными нагревом и расширением наружных и внутренних слоев заготовок, фазовые — с изменением структурного состояния. Например, при нагреве стали происходит превращение менее плотной структуры перлита в более плотный аустенит, что вызывает в нем растягивающие напряжения. Длительный нагрев при высоких температурах вызывает окисление металла и образование окалины. При высоких температурах происходит также обезуглероживание поверхностных слоев стальной заготовки в результате соединения содержащегося в ней углерода с кислородом воздуха и образования углекислого газа. Для устранения обезуглероживания в нагревательной печи создают восстановительные и защитные среды, не содержащие кислорода, ведут нагрев в вакууме или инертном газе. Для небольших заготовок применяют высокоскоростной электрический нагрев индукционными токами высокой частоты и контактный нагрев. При электрическом нагреве тепло выделяется в самой заготовке, что обеспечивает равномерный сквозной прогрев металла. В результате этого не образуется трещин и время нагрева сокращается в десятки раз по сравнению с нагревом в печах. При очень высокой температуре нагрева металла происходит его перегрев и пережог. При перегреве сильно вырастают зерна металла, что ведет к снижению его пластичности и вязкости. Пережог наблюдается, когда температура нагрева приближается к температуре солидуса Тсол — температуре начала плавления. При этой температуре металл разрушается. Температурный интервал горячего деформирования определяют в зависимости от температуры плавления и рекристаллизации обрабатываемого сплава. Начальная температура должна быть ниже температуры начала плавления Тсол, а конечная— выше температуры рекристаллизации Трек. Например, для углеродистой стали температуру начала горячего деформирования выбирают по диаграмме состояния железо — цементит (см. рис. 2.1) на 150—200 °С ниже температуры солидуса, а температуру конца деформирования принимают на 50— 100 °С выше точки превращения аустенита в перлит и температуры рекристаллизации данной стали и определяют по эмпирической формуле Тк= 100[(9,1÷1,1)С]°С, где С — содержание углерода, %. Прокатка большинства марок углеродистой стали начинается при 1250—1100 и заканчивается при 950—850 °С, т. е. нормальный интервал температур составляет 300—250 °С; при прокатке тонких листов на непрерывных станах перепад температур может достигать 350 °С, и наоборот, при прокатке легированных сталей с повышенным сопротивлением деформированию температурный интервал горячего деформирования уменьшается до 200—150 °С.

72. Силы резания.

Мощность, затрачиваемая на строгание, зависит главным образом от силы резания P_z и скорости резания.

Сила резания зависит от многих факторов, основными из которых являются:

механические свойства обрабатываемого материала, его твердость, прочность, способность к упрочнению (наклепу);

глубина резания t;

подача s;

углы заточки режущей части резца.

При определении приближенного значения силы резания учитывают лишь механические свойства обрабатываемого материала и площадь поперечного сечения срезаемого слоя.

Основными механическими свойствами, влияющими на силу резания, являются прочность для стали и твердость для чугуна. Для учета этих свойств обрабатываемого материала при определении приближенного значения силы резания Р_z установлены понятия удельная сила резания (удельное давление) и коэффициент резания.

Удельной силой резания (удельным давлением) называют силу, приходящуюся на 1 мм² поперечного сечения срезаемого слоя. Она определяется уравнением

где Р — удельное давление (удельная сила резания); P_z — сила резания, кГ; f — сечение срезаемого слоя, мм²; t — глубина резания, мм; s — подача, мм/дв. Ход. Если известна удельная сила резания (давления резания) и площадь поперечного сечения срезаемого слоя, можно приближенно подсчитать силу резания.

Коэффициентом резания К называют удельную силу резания в килограммах на квадратный миллиметр, измеренную при следующих постоянных условиях резания: глубина резания t=5 мм; подача s=1 мм/дв. ход; передний угол γ=15°; главный угол в плане φ = 45°; режущее лезвие резца — прямолинейное, горизонтальное; вершина резца закруглена радиусом r=1 мм. Работа производится всухую без охлаждения.

Измеренный при этих условиях коэффициент резания для каждого материала является постоянной величиной.

Средние значения коэффициента резания К для некоторых материалов приведены в табл. 20.

Таблица 20 Средние значения коэффициента резания К

Обрабатываемый материал	Временное сопротивление разрыву (кГ/мм2) для стали, твердость по Бринеллю для чугуна и дюралюминия	Коэффициент резания К кГ/ мм2
Углеродистые и легированные конструкционные стали	40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110	150 160 178 200 220 235 255
Серый чугун	140-160 160-180 180-200 200-220	100 108 114 120
Бронза средней твердости	-	55
Свинцовые бронзы	-	35
Медь	-	95-115
Алюминий и силумин	-	40
Дюралюминий	25 35 Более 35	60 80 110

Для определения силы P_z необходимо:

по временному сопротивлению разрыву или твердости по Бринеллю обрабатываемого материала найти в табл. 20 коэффициент резания К;

определить сечение срезаемого слоя по формуле (4). При известных коэффициенте резания К и сечении срезаемого слоя находят приближенное значение силы резания Р_z по формуле P_z = Kf кГ. (86)

Пример. На станке строгается плита из стали с временным сопротивлением разрыву — 70 кГ/мм². Определить силу резания Р_z, если глубина резания t = 8 мм, а подача s=0,8 мм/дв. ход.

Из табл. 20 берем К=200 кГ/мм². Сечение срезаемого слоя f=ts=8 • 0,8 =6,4 мм². Следовательно, P_z=Kf=200 • 6,4=1280 кГ.

73. Производство титана.

Титан и его сплавы являются ценными конструкционными сплавами. По сочетанию свойств они превосходят многие легированные стали и сплавы металлов. Получение металлического титана затрудняется его очень высокой химической активностью при повышенных температурах. Титан образует химические соединения и твердые растворы со многими элементами. Поэтому при производстве титана требуются особые условия, обеспечивающие достаточную чистоту производимого металла.

Для получения титана применяют магниетермический способ, который включает операции:

• получение титановых концентратов;

• производство титанового шлака;

• производство четыреххлористого титана;

• восстановление четыреххлористого титана магнием;

• вакуумная сепарация реакционной массы;

• плавка титановой губки в вакуумных печах.

1. Получение титановых концентратов

Титановые руды подвергают обо-гащению, в результате которого получают концентраты с повышенным содер-жанием TiO₂ . Наиболее распространенным сырьем для получения титана являе-тся титано-магнетитановые руды, из которых выделяют ильменитовый концен-трат, содержащий 40 – 45% TiO₂, 30% FeO, 20% Fe₂O₃ и 5 – 7% пустой породы.

2. Производство титанового шлака

Основное назначение этого процесса – отделение оксидов железа от оксида титана. Для этого ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углём и антрацитом в электропечах, где оксиды железа и часть титана восстанавливаются по реакции:

3(FeO·TiO₂) + 4C = 3Fe + Ti₃O₅ + 4CO

Восстановленное железо науглероживается, образуя чугун, который соби-рается на дне ванны печи, отделяясь от остальной массы шлака вследствие раз-личия их удельных весов. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. По-лученный титановый шлак содержит 80 – 90% TiO₂.

3. Производство четырёххлористого титана

Для получения металличес-кого титана используют хлорид титана, полученный путём хлорирования тита-нового шлака. Для этого титановый шлак измельчают, смешивают с углем и каменноугольным пеком, так как процесс хлорирования может проходить успе-шно только в присутствии восстановителя, и брикетируют при нагреве до 800 °С без доступа воздуха. Полученные брикеты подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагается угольная насадка, нагревающаяся при пропускании через неё электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы – хлор.

При температуре 800 – 1250 °С в присутствии углерода образуются четы-реххлористый титан по реакции:

TiO₂ + 2C + 2Cl₂ = TiCl₄ + 2CO

В качестве побочных продуктов получаются также хлориды других метал-лов (FeCl₂, MnCl₂ , CrCl₃ CaCl₂и др.).

Благодаря различию температур кипения образующихся хлоридов, четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов методом ректификации в специальных установках.

4. Восстановление четыреххлористого титана магнием

Восстановление осуществляется в специальных реакторах при температуре 950 – 1000 °С. В реактор загружают чушковый магний и после откачки воздуха и заполнения полоти реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан. Процесс восстановления титана идёт по реакции:

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Металлический титан оседает на стенках, образуя губчатую массу, а хлористый магний в виде расплава выпускают через лётку реактора. В результате восстановления образуется реакционная масса, представляющая собой губку титана, пропитанную магнием и хлористым магнием, содержание которых достигает 35 – 40%.

5. Вакуумная сепарация реакционной массы

Сепарацию проводят с целью отделения титановой губки от магния и хлористого магния. Процесс отделения состоит в том, что реакционную массу нагревают до 900 – 950 °С в герметичном устройстве электронагревательной печи, в котором создаётся вакуум. При этом часть хлористого магния удаляется в жидком виде, а остальная часть хлористого магния и магний испаряются. Титановая губка после очистки направляется на плавку.

Плавка титановой губки в вакуумнодуговых печах. Плавка губки методом вакуумно-дугового переплава является основным способом переработки её в слитки. Вакуум печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей. Полученные слитки титана переплавляют вторично для удаления дефектов, используя как расходуемые электроды. После этого чистота титана составляет 99,6 – 99,7%. После вторичного переплава слитки используют для обработки давлением (ковка, штамповка, прокатка).

74. Способы плавки металла

Плавка металла, плавление металла - процесс перехода металла из твердого состояния в жидкое, происходящий при нагревании металла.

Расплавленным считается металл, нагретый до температуры плавления, которая для каждого металла своя. В процессе плавления металла важно учитывать этот показатель: металл с более низкой температурой плавления добавляют в плавильную печь позже, чем с более высокой, иначе металл, расплавившийся раньше, успеет угореть, окислиться, а значит, сплав поменяет свойства. Другим фактором, который следует учитывать при плавке – разная степень усадки металла и образование усадочных раковин. Для плавления металла следует брать больше материала с расчетом усадки, а также чтобы была заполнена не только форма для плавления, но и канал литья.

Способы плавки металла

• Индукционная плавка металла - производится в индукционных печах. Принцип работы индукционной печи заключается в возникновении тока в проводнике, помещенном в индукционную катушку. Скорость плавления металла зависит от некоторых факторов: от мощности генератора, скорости передачи тепла в окружающую среду и происходящих в процессе плавления потерь.

• Левитационная плавка металла - нагрев металла до очень высоких температур происходит с материалом, находящимся в подвешенном состоянии за счет магнитных полей.

• Плавка металла электродуговым методом: в электродуговых печах, например в печи Муассана, создается силовая дуга, под воздействием которой металл нагревается и плавится. Температура электрической дуги может достигать 8000 градусов Цельсия.

• Плавление металла в оммически-графитовых печах происходит за счет нагревания графита.

• В домашних условиях плавка металла производится с использованием газовых или плазменных горелок. Плазменная струя легко расплавляет металл любого вида, а плазмообразующий газ защищает расплавленный металл от вредного воздействия воздуха.

• Плавка драгоценных металлов: шихта благородных металлов подвергается предварительной очистке, плавка происходит в индукционных печах с графитом в качестве топлива. Последовательной загрузки шихты в печь для плавления зависит от размеров шихтовых материалов, температурных характеристик и свойств материала. Для защиты благородных металлов при плавлении используют флюсы, которые защищают поверхность от окисления и позволяют преобразовывать загрязнения в шлак.

64. Способы обработки металлов

Металлообработка — технологический процесс изменения формы, размеров и качеств металлов и сплавов. Во время технологических процессов обработки металлов различными методами меняются форма и размер металла, а также могут меняться физико-механические свойства металлов.

Для обработки металлов с целью их изменения и достижения поставленных целей применяются различные методы обработки металлов. Основными методами обработки металлов являются:

1. Литьё

2. Обработка металлов давлением

3. Механическая обработка

4. Сварка металлов

При металлообработке изменяется форма и размеры металла, деталям придается желаемая форма при помощи одного или нескольких методов обработки металла. Надежность любого производства, любой металлической конструкции зависит от качества выполнения металлообработки.

Металлообрабатывающий завод — общее название для заводов, изготавливающих продукцию с применением перечисленных видов обработки металлов.

Литейное производство

Обработка металлов литьём состоит в том, что расплавленным металлом заливают специальные формы, в которых металл остывает и принимает соответствующую форму. Полученная таким образом литая деталь называется отливкой^[2].

Технологический процесс литейного производства состоит из нескольких стадий и этапов:

• подготовки формовочных и стержневых смесей;

• изготовления форм и стержней;

• плавки металла;

• сборки и заливки формы;

• удаления отливок из формы;

• при необходимости термическая обработка отливок.

Отливки изготовляют из различных видов как чёрных, так и цветных металлов: чугуна, стали, медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов, обладающих необходимыми для дальнейшего использования отливок технологическими и техническими свойствами. Наиболее распространённым для производства отливок является чугун — самый дешевый материал, обладающий высокими литейными свойствами и относительно низкой температурой плавления.

Литье применяют для изготовления самых различных деталей: станин металлообрабатывающих станков; блоков цилиндров двигателей автомобилей, тракторов; поршней; поршневых колец; радиаторов отопления и других деталей.

Для изготовления литейной формы, полость которой представляет собой отпечаток будущей отливки, используют формовочные смеси. В качестве материалов для формовочных смесей применяют формовочную (горелую) землю, а также кварцевый песок, формовочную глину и добавки: каменноугольную пыль, сульфитный щёлок (отходы бумажного производства) и другие. Выбор состава формовочной смеси зависит от веса и толщины стенок отливок и химического состава заливаемого металла.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве литейные формы выполняют ручным способом, используя деревянные модели или металлические модели. В массовом производстве литейные формы изготавливают на специальных машинах по модельным плитам, представляющим собой металлическую плиту с прочно закрепленными на ней частями модели и в двух опоках.

Для получения в отливках необходимых полостей и отверстий применяются специальные стержни, которые изготавливаются из стержневой смеси в специальных ящиках. Стержневая смесь обычно состоит из малоглинистого песка и связующих веществ, льняного масла и его заменителей, сульфитного щелока, декстрина (продукта производства крахмала), канифоли и других.

Металл, из которого делают отливки предварительно плавят. Чугун плавят в вагранках (шахтных печах), сталь — в конвертерах или дуговых и индукционных электрических печа. Металлы для цветного литья плавят в плавильных тигельных горнах.

После заливки и охлаждения отливку вынимают из формы, очищая её от заусениц, остатков литников и пригоревшей земли.