Центробежное литьё Суть способа. Основные операции и область использования

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение фор-мы расплавом и формирование отливки происходят при вращении формы вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при ее вращении по сложной траектории. Этим достигается дополнительное воздействие на расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил. Процесс реализуется на специальных центробежных машинах и столах.

Чаше используют два варианта способа, в которых расплав заливается в форму с горизонтальной или вертикальной осью вращения. В первом варианте получают отливки – тела вращения малой и большой протяженности, во втором – тела вращения малой протяженности и фасонные отливки.

Наиболее распространенным является способ литья пустотелых цилиндрических отливок в металлические формы с горизонтальной осью вращения. По этому способу (рисунок 6.1) отливка 4 формируется в поле центробежных сил со свободной цилиндрической поверхностью, а формообразующей поверхностью служит внутренняя поверхность изложницы. Расплав 1 из ковша 3 заливают во вращающуюся форму 5 через заливочный желоб 2. Расплав растекается по внутренней поверхности формы, образуя под действием поля центробежных сил пустотелый цилиндр. После затвердевания металла и остановки формы отливку 4 извлекают. Данный способ характеризуется наиболее высоким технологическим выходом годного (ТВГ = 100%), так как отсутствует расход металла на литниковую систему.

Рисунок 6.1 – Схема получения отливки при вращении формы вокруг горизонтальной оси: 1 – расплав; 2 – заливочный желоб; 3 – ковш; 4 – отливка; 5 – форма

При получении отливок со свободной параболической поверхностью при вращении формы вокруг вертикальной оси (рисунок 6.2) расплав из ковша 1 заливают в форму 2, закрепленную на шпинделе 3, приводимом во вращение электродвигателем 4. Расплав 5 под действием центробежных и гравитационных сил распределяется по стенкам формы и затвердевает, после чего вращение формы прекращают и извлекают из нее затвердевшую отливку 6.

Рисунок 6.2 – Схема получения отливок при вращении формы вокруг вертикальной оси: 1 – ковш; 2 – форма; 3 – шпиндель; 4 – электродвигатель; 5 – расплав; 6 – отливка

Отливки с внутренней поверхностью сложной конфигурации получают с использованием стержней (рисунок 6.3, а) в формах с вертикальной осью вращения. Так отливают, например, венцы зубчатых колес. Расплав из ковша через заливочное отверстие и стояк 1 поступает в центральную полость формы 2, выполненную стержнями 3 и 4, а затем под действием центробежных сил через щелевые питатели – в рабочую полость формы. При этом избыток металла в центральной полости формы 5 выполняет роль прибыли, обеспечивая питание отливки при затвердевании.

Мелкие фасонные отливки можно получать центробежным литьем в песчаные формы (рисунок 6.3, б). Части формы 1 и 2 устанавливают на центробежный стол и крепят на нем. При необходимости используют стержни 4. Рабочие полости 3 должны располагаться симметрично относительно оси вращения для обеспечения балансировки формы. Расплав заливают через центральный стояк, из которого по радиальным каналам он попадает в полости формы. Технологический выход годного при таком способе литья приближается к выходу годного при литье в песчаные формы. При центробежном литье можно использовать песчаные, металлические, оболочковые и объемные керамические, а также комбинированные формы.

Рисунок 6.3 – Схема получения фасонных отливок: а – венец шестерни: 1 – стояк; 2 – центральная полость формы; 3 и 4 – стержни; 5 – прибыль; б – мелкие фасонные отливки: 1 – нижняя полуформа; 2 – верхняя полуформа; 3 – рабочая поверхность формы; 4 – стержень

Особенности формирования отливки. Главная особенность формирования отливок при центробежном способе литья заключается в том, что заполнение формы металлом и затвердевание отливки происходят в поле действия центробежных сил, во много раз превосходящих силу тяжести.

В этих условиях если твердые частицы соприкасаются со стенкой формы, они оказываются прижатыми к стенке и уже не всплывают. На этом основано использование сыпучих покрытий для металлических форм при центробежном литье.

Действие центробежных сил необходимо учитывать и при конструировании систем шлакозадержания и питания отливки, например, при получении стальных фасонных отливок центробежной заливкой в песчаные формы.

Особенности охлаждения и затвердевания отливок в поле центробежных сил. При изготовлении отливок со свободной поверхностью расплав охлаждается в изложнице неравномерно по объему. Часть теплоты отводится от расплава через стенку изложницы и ее крышку, а часть – конвекцией и излучением со стороны свободной поверхности. Количество теплоты, отводимое в воздушное пространство от свободной поверхности отливки, значительно. Воздух, находящийся в полости отливки, вовлечен в процесс вращения и находится в постоянном движении. Вдоль оси вращения на смену нагретому воздуху поступают порции холодного. Более интенсивная циркуляция воздуха наблюдается в случае вращения формы с расплавом вокруг вертикальной оси вследствие естественного подъема горячего воздуха вверх.

Подобная неравномерность охлаждения, особенно толстостенных отливок, приводит к возникновению конвективных потоков в расплаве: охлажденный и более плотный расплав перемещается от свободной поверхности внутрь затвердевающей отливки, а горячий и менее плотный – наружу. Поэтому конвективные потоки в расплаве циркулируют в радиальном направлении (рисунок 6.4, а). В условиях центробежного литья это явление наблюдается даже при небольшом различии температур и плотностей металла, так как действующие в этой системе силы возрастают пропорционально величине гравитационного коэффициента. Это способствует направленному затвердеванию отливки в радиальном направлении, которое выражено тем сильнее, чем больше угловая скорость вращения формы.

При направленном затвердевании от стенок изложницы фронт растущих в радиальном направлении кристаллов находится под значительным избыточным давлением расплава, обусловленным действием поля центробежных сил. Вследствие этого кристаллы растут в направлении поступающего расплава (рисунок 6.4, б), поэтому они несколько наклонены в сторону по направлению вращения. Давление, развиваемое при вращении расплава, способствует прониканию его в межкристаллитные пространства, что улучшает питание затвердевающей отливки и увеличивает ее плотность. Свободная поверхность расплава затвердевает в последнюю очередь и при горизонтальной оси его вращения форма свободной поверхности остается геометрически правильной – цилиндрической.

Рисунок 6.4 – Схема возникновения конвективных потоков (показаны фигурными стрелками) во вращающемся затвердевающем расплаве (а) и схема кристаллического строения отливки (б): l₀ – глубина расположения усадочной пористости; стрелкой показано направление вращения изложницы.

Инородные частицы (газы, шлак и т.д.), плотность которых меньше плотности расплава, при центробежном литье с большой скоростью всплывают на свободную поверхность расплава. Это приводит к необходимости назначать большие припуски на обработку свободных поверхностей отливок, что является недостатком данного способа литья.

Таким образом, при направленном затвердевании можно получить отливки с плотным строением тела, без усадочных дефектов и инородных включений. Однако центробежные силы способствуют направленному затвердеванию только в тех случаях, если выделяющиеся на свободной поверхности кристаллы твердой фазы имеют большую плотность, чем плотность остального расплава.

Для большинства литейных сплавов это условие соблюдается. Исключение составляют два случая:

• когда сплав затвердевает с увеличением объема, например, серый чугун;

• когда выделяющиеся из жидкого металла кристаллы обогащены компонентами сплава, имеющими меньшую плотность, чем оставшийся расплав. Такое явление наблюдается, например, при затвердевании заэвтектических силуминов. В этом случае при содержании кремния в силуминах более 11,7 %, первичные кристаллы обогащены кремнием, плотность которого меньше плотности алюминия. Если эти более легкие кристаллы зародились и выросли на свободной поверхности, то они там и останутся. Если кристаллы зародились в переохлажденном расплаве, за счет разности плотностей расплава и твердой фазы они всплывают. В результате отливка затвердевает от стенок изложницы и со стороны свободной поверхности, и к концу затвердевания вследствие недостатка питания внутри отливки образуются усадочные поры. В этом случае, чем быстрее вращается форма, тем интенсивнее выносятся кристаллы на свободную поверхность и тем глубже располагается усадочная пористость.

Усадочная пористость под свободной поверхностью наблюдается также при изготовлении толстостенных отливок (рисунок 6.4, б). В тонкостенных отливках большой протяженности глубина расположения зоны усадочной пористости l меньше. Это объясняется соотношением скоростей охлаждения со стороны наружной и внутренней поверхностей отливки. Чем меньше скорость охлаждения внутренней поверхности отливки и больше скорость охлаждения ее со стороны наружной поверхности – тем меньше глубина l.

Скоростью охлаждения отливки можно управлять. Так, с наружной стороны это достигается путем изменения толщины слоя или теплофизических свойств огнеупорного покрытия, изменением скорости охлаждения формы. Со стороны внутренней поверхности с этой целью можно использовать сыпучие огнеупорные материалы или экзотермические смеси.

Таким образом, особенности формирования обливки при центробежном литье сопряжены как с большими преимуществами, так и с недостатками. К преимуществами этого способа можно отнести: возможность улучшения заполняемости форм расплавом под действием давления, развиваемого центробежными силами; повышение плотности отливок вследствие уменьшения количества усадочных пор, раковин, газовых, шлаковых и неметаллических включений; уменьшение расхода металла и повышение выхода годного, благодаря отсутствию литниковой системы при изготовлении отливок типа труб, колец, втулок или уменьшению массы литников при изготовлений фасонных отливок; исключение затрат на стержни при изготовлении отливок типа втулок и труб.

Недостатками способа являются: трудности получения отливок из сплавов, склонных к ликвации; загрязнение свободной поверхности отливок неметаллическими включениями; неточность размеров и необходимость повышенных припусков на обработку свободных поверхностей отливок, вызванная скоплением неметаллических включений в материале отливки вблизи этой поверхности и отклонениями точности дозы расплава, заливаемого в форму.

Наивысшие технико-экономические показатели центробежного способа литья достигаются при получении пустотелых цилиндрических отливок с различными размерами и массой (длиной до нескольких метров и массой до нескольких тонн): труб разного назначения из чугуна, стали, цветных и специальных сплавов; втулок и гильз для стационарных и транспортных дизелей; колец подшипников качения и др. Большое распространение получило центробежное литье для изготовления биметаллических изделий, изделий из сплавов с низкой жидкотекучестью и высоким поверхностным натяжением, при необходимости получения тонкостенных отливок со сложной геометрией и микрорельефом поверхности. К ним относятся, например, турбинные диски с лопатками, отливки художественного и ювелирного назначения. 93.Диффузионная сварка

Диффузионная сварка — сварка за счёт взаимной диффузии на атомарном уровне свариваемых поверхностей деталей.

Этим видом сварки производится полуавтоматическая, автоматическая в различных пространственных положениях, черных и цветных металлов и сплавов широко диапазона толщин.

Определения и сущность диффузной сварки описаны в ГОСТ 26011-74.

Диффузионная сварка производится воздействием давления и нагревом свариваемых деталей в защитной среде. Перед сваркой поверхность детали обрабатывают по 6 классу шероховатости и промывают для обезжиривания ацетоном.

Температура нагрева составляет 0,5 – 0,7 от температуры расплавления металла свариваемых деталей. Выcокая температура обеспечивает большую скорость диффузии и большую пластичность деформирования металла. При недостаточной диффузии в сварке используют металлические прокладки (фольга из припоя ВПр7 толщиной 0,1 – 0,06 мм.) или порошок (фтористый аммоний), прокладываемые в месте сварки. Перед сваркой фольгу приваривают к поверхности одной из деталей с помощью контактной сварки. В процессе сварки прокладка расплавляется.

Процесс сварки осуществляется с использованием разных источников нагрева. В основном применяют индукционный, радиационный, электронно-лучевой нагрев, нагрев проходящим током, тлеющим разрядом или в расплаве солей

Сварка протекает при давление в камере – 10^-2 мм. рт. ст. или в атмосфере инертного газа (иногда водорода). Вакуум или защитная атмосфера предохраняет свариваемые поверхности от загрязнения.

Сварка производится сжатием деталей с давлением 1 - 4 гкс/мм². Давление, применяемое при способах сварки без расплавления материалов, способствует разрушению и удалению окисных пленок и загрязнений на поверхности металла, сближению свариваемых поверхностей до физического контакта и эффективного атомного взаимодействия, обеспечению активации поверхностей для протекания диффузии и рекристаллизации. Различается сварка с высокоинтенсивным силовым воздействием (свыше 20 МПа) и сварка с низкоинтенсивным силовым воздействием (до 2 МПа).

Диффузионная сварка походит в две стадии:

• сжатие свариваемых поверхностей, при котором все точки соединяемых материалов сближаются на расстоянии межатомных взаимодействий;

• формирование структуры сварного соединения под влиянием процессов релаксации.

Недостатки

• необходимость вакуумирования рабочей камеры;

• тщательная подготовка и очистка свариваемых поверхностей.

Преимущества

• диффузионная сварка не требует сварочных припоев, электродов;

• не нужна дополнительная механическая обработка свариваемых поверхностей;

• высоко качество сварного соединения;

• мал расход затрачиваемой энергии;

• широк диапазон толщин свариваемых деталей – от долей мкм, до нескольких метров.

Оборудования

Для проведения диффузионной сварки выпускается оборудование, различаемое по степени вакуумирования: с низким вакуумом (до 10-2 мм рт. ст.), со средним вакуумом (10-3...10-5 мм рт. ст.), с высоким вакуумом (свыше 10-5 мм рт. ст.), с защитным газом разной степени давления.

Для нагрева деталей применяют индукционный нагрев токами высокой частоты, электроконтактный нагрев током, радиационный нагрев электронагревателем.

В установках используют гидравлические или механические системы давления. Установки бывают с ручным управлением, полуавтоматические и автоматические с программным управлением. Автоматы применяются в крупносерийном или массовом производстве. 94. Обработка без снятия стружки КАКИЕ ПРОЦЕССЫ ОТНОСЯТСЯ К ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ БЕЗ СНЯТИЯ СТРУЖКИ

 

В тех случаях, когда литейные процессы (литье в землю, центробежное литье, литье в постоянные формы, литье под дав­лением, литье в гипсовые формы, литье по выплавляемым мо­делям, в оболочковые формы и т. д.) и процессы горячего пла­стического деформирования (выдавливание, штамповка, высад­ка, гибка, вытяжка и т. д.) обеспечивают получение изделий требуемой формы, они могут быть также отнесены к процессам металлообработки без снятия стружки. Однако эти процессы давно известны и 'поэтому в книге не (рассматриваются.

Горячая обработка металлов давлением находит широкое применение благодаря тому, что для нее требуется минимальное количество энергии, идущей на формообразование изделий, и она позволяет осуществить наибольшее преобразование формы заготовки. Однако горячая обработка имеет тот недостаток, что в процессе ее происходит окисление поверхности или образова­ние окалины, что снижает качество поверхности и размерную точность изделия. Кроме того, тепло от заготовки передается на инструмент, что сокращает срок службы последнего. Одним из решений этих проблем является применение импульсных методов обработки, позволяющих до минимума сократить время образования окалины и передачи тепла инструменту (см. гл. 16).

В книге рассматриваются в основном методы холодной обра­ботки стали и главным образом новые процессы, которые мо­гут быть использованы для изготовления изделий вместо про­цессов резания. Поэтому здесь совсем не рассматривается об­работка листового материала: вытяжка, штамповка резиной, гибка и другие операции, применяемые при холодной листовой штамповке.

Не рассматриваются также процессы холодного волочения, предназначенные для обработки горячетянутых стальных прут­ков, труб, проволоки или полос различного сечения посредством протягивания их через фильеры или между валками. Эти про­цессы не рассматриваются еще и потому, что они в основном предназначены для получения полуфабрикатов, а не готовых изделий и осуществляются они на металлургических заводах. Не рассматривается здесь также изготовление бесшовных труб прокаткой на конической оправке, носящей название процесса «Рокрайт», разработанного фирмой «Тыоб редьюсинг корпорейшен», и метод «Флотружен», разработанный фирмой «Флотружен» и заключающийся в протягивании труб при помощи фасонной оправки для получения изделия со стенками перемен­ной толщины. Не рассматривается применение многороликовых и регулируемых вытяжных головок для изготовления квадрат­ных, прямоугольных и фасонных прутков, так как это тоже яв­ляется одним из основных процессов, выполняемых на метал­лургических заводах.

Из новейших процессов в книге детально разбираются сле­дующие: накатка шлицевых валов и шестерен, ротационное выдавливание, внутреннее профилирование ротационной ковкой, радиальная ковка, холодное прессование многоступенчатых ва­лов, холодное выдавливание и импульсная, или высокоэнергетическая штамповка, включая обработку взрывом. Отдельные главы посвящены также хорошо известным процессам холодной высадки, накатки резьбы и ротационной ковки, имеющим нема­ловажное значение в современной практике обработки металлов без снятия стружки.

95. Производство чугуна Производство черных металлов из железной руды — сложный технологический процесс, который может быть условно разделен на две стадии. На первой стадии получают чугун, а на второй — его перерабатывают в сталь.

Учитывая, что учащиеся уже знакомы с основами металлургических процессов из средней школы, ниже рассмотрим лишь основные положения технологии чугуна и стали.

 

Производство чугуна

 

Чугуном называют сплав железа с углеродом (2... 6,67 %), кроме них в состав сплава могут входить кремний, марганец, сера, фосфор и др. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Наиболее часто применяемые железные руды: красный (Fe2O3), магнитный (Fe3O4), бурый (Fe2O3-nH2O), шпатовый (РеСОз) железняки, содержащие 30...70 % железа и пустую породу из различных природных химических соединений (SiO2, А12Оз и др.) и вредные примеси (серы, фосфора). Топливом служит кокс — продукт сухой перегонки (без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) — известняки, доломиты, кварц, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак. Основным способом производства чугуна из руд в настоящее время является доменный процесс, заключающийся в восстановлении железа из руд (оксидов) при высокой температуре и отделении его от пустой породы руды.

Чугун выплавляют в доменных печах (9.2) объемом до 5000 м3, куда руду, кокс и флюсы загружают чередующимися слоями, опускающимися вниз печи под влиянием собственной массы. В нижнюю часть печи — горн через отверстия — фурмы подают   под   давлением нагретый воздух, необходимый для поддержания горения топлива.

Кокс, сгорая в верхней части горна, образует СО2 ;ij[C+O2 = CO2), который поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода: CO2-f-: -f-C=2CO. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа по схеме Fe2O3->-F3O4-»-FeO-> -HFe. Этот процесс может быть представлен следующими реакциями: 3F9Q3+ ;+ СО = 2F3O4 + СО2; 2Fe3O4+2CO=6FeO+2CO>; 6FeO+6CO = 6Fe+6CO2.

 

 

В нижней части печи часть восстановленного железа соединяется с углеродом и образуется карбид железа Fe3C (науглероживание железа). Затем происходит расплавление науглерржен-ного металла, который стекает в горн доменной печи, при этом насыщение железа углеродом продолжается. В результате плавления происходит восстановление не только железа, но и других элементов, находящихся в руде (Si, Mn, P), которые, а также часть серы в виде FeS переходят в чугун. В горн стекает также расплавленый шлак и всплывает над чугуном, так как его  плотность  меньше,   чем

чугуна. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают через специальные отверстия — чугунную и шлаковую летки, сначала шлак, а затем — чугун.

К прогрессивным   процессам развития   доменного   производства следует отнести улучшение подготовки   шихты за счет   дробления, тщательной промывки, сортировки и обогащения железных руд, которое производится, например, путем магнитной сепарации. Широко развивается производство агломерата путем спекания мелочи руды в более крупные куски. Объем доменных печей достиг 5 тыс. м3, что обеспечило улучшение коэффициента использования полезного объема, снижение расхода топлива на 1 т передельного чугуна. Получают большое развитие механизация и автоматизация основных процессов при производстве чугуна. В доменном процессе широко используется повышенное давление и более высокий нагрев дутья, автоматическое регулирование температур, снижение влажности дутья, промывка углей перед коксованием, а также кислород для интенсификации процессов производства.

В результате доменной плавки могут быть получены различные виды чугунов: передельные (80...90%), идущие в основном на производство стали; литейные (8...18 %), предназначаемые для получения чугунных отливок; ферросплавы. (2...3%), содержащие повышенное количество марганца, кремния. Ферросплавы применяют как добавки при производстве стали. 96.Сверхпластичность Сверхпластичность (англ. superplasticity) — состояние материала, имеющего кристаллическую структуру, которое допускает деформации, на порядок превышающие максимально возможные для этого материала в обычном состоянии^[1]. остояние сверхпластичности характерно для металлов и керамик с мелким размером зерна, обычно меньше 20 мкм. Кроме достаточно мелкого зерна, от материала для достижения состояния сверхпластичности требуется высокая однородность распределения по объему термопластичных компонентов, которые связывают между собой границы зерен в процессе пластического течения, позволяя материалу сохранять свою кристаллическую структуру. Для металлов до сих пор нет однозначно принятого мнения о механизме возникновения состояния сверхпластичности. Считается, что он лежит в области явлений атомарной диффузии и проскальзывания зерен относительно друг друга. Недавно обнаруженное состояние сверхпластичности у крупнозернистого алюминида железа объясняется процессом динамической рекристаллизации зёрен^[1].

Сверхпластичность обычно наступает при температурах, превышающих половину температуры плавления по абсолютной шкале. Образцы в состоянии сверхпластичности при растяжении, как правило, не образуют «шейки» и не подвержены инерциальной кавитации, что имеет место при разрушении образцов в состоянии обычной пластичности. Многие аморфные материалы (например, стёкла и полимеры) также демонстрируют возможность больших деформаций при повышенных температурах, однако их состояние не относится к сверхпластичности, так как эти материалы не имеют кристаллической структуры. Их состояние описывается законами поведения ньютоновской жидкости^[1].

Когда раскаленный, бело-желтый кусок стали, постепенно темнея под ударами молота, изменяет свою форму, превращаясь в деталь сложной конфигурации или в изысканное произведение кузнечного искусства, мы сталкиваемся с явлением сверхпластичности в том виде, который был открыт человеком в незапамятные времена. Казалось бы, очень высокая температура процесса ковки все объясняет – горячая сталь размягчается и течет. Но оказывается, не все так просто. Если в стали содержится достаточное (но очень небольшое) количество серы, то раскаленная заготовка под ударом молота раскалывается на куски, как холодное стекло (это явление называется «красноломкостью»).

Явление сверхпластичности было открыто в 1860-х прошлого века французским ученым Треска (Tresca), проводившим опыты со свинцом.

Изучение сверхпластичности началось в 20 в., когда было обнаружено, что мелкозернистый сплав Zn-Cu-Al под нагрузкой ведет себя необычно: при весьма малом напряжении образец тянется, как будто он сделан из разогретой смолы.

Затем была открыта сверхпластичность сплавов Pb-Sn и Bi-Sn. Образец из сплава Bi-Sn при растяжении удлиняется на 1950%, т.е. в 20 раз (рис. 1).

При этом обнаружились следующие важные особенности процесса: в литых образцах эффект не наблюдается – требовалась горячая прокатка для уменьшения зерен, т.е. кристалликов, из которых состоит сплав; зерна должны иметь равноосную, т.е. близкую к сферической форму; форма и размеры зерен (1–10 мкм) не изменяются после огромной (2000%) деформации; пластическое течение происходит при очень малых напряжениях, если скорость деформации мала, но напряжения очень сильно зависят от скорости течения. Дело обстояло так, как если бы сплав состоял из маленьких шариков, обильно смазанных и поэтому очень подвижных, причем шарики перемещаются друг относительно друга, не деформируясь – деформации происходят в смазке. Если эта смазка имеет неньютоновскую вязкость, это приводит к сильной зависимости напряжения от скорости, которая и наблюдается в эксперименте. Исторически зернограничное скольжение было первым механизмом, предложенным для объяснения сверхпластичности, и этот механизм, по-видимому, остается наиболее убедительным и в настоящее время, позволяя объяснить и очень большие деформации, и сохранение структуры материала. Но принятие этого механизма – только первый шаг; межзеренная среда отнюдь не является вязкой жидкостью – это кристаллическое вещество, и понять, как это оно пластически деформируется без упрочнения и образования трещин совсем не просто. Нужно понять, как и почему напряжение зависит от величины зерна, почему так велико влияние скорости и как зависит процесс от температуры. Дело в том, что для развития процесса сверхпластичности температура оказывается одним из важнейших факторов – можно сказать, что сверхпластичность наблюдается, когда температура материала выше, чем 0,5 Тпл. (Тпл. – температура плавления, по Кельвину). Известные сплавы, проявляющие свойство сверхпластичности, в зависимости от температуры деформации естественно делятся на три класса:

Сплавы, проявляющие сверхпластичность при комнатной температуре – легкоплавкие сплавы; типичный представитель – эвтектический сплав Pb-Sn; они используются как материалы для экспериментальных исследований.

Среднеплавкие сплавы; сверхпластичность наблюдается при температуре 200–500° С; очень важны как конструкционные материалы, имеют хорошие прочностные свойства при комнатной температуре; типичный представитель – сплав Zn-22%Al (фирменное название – «престал»). 97.Производство сталей пособы производства стали

С момента изобретения стали, менялись и совершенствовались способы ее производства. В настоящее время существует несколько приоритетных способов производства стали. К ним относятся кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный способы производства (или плавления) стали. В основе всех этих способов лежит окислительный процесс, направленный на снижение в чугуне некоторых веществ. Давайте остановимся на каждом способе более подробно и рассмотрим их отличия.

Кислородно-конвертерный способ

Первое использование кислородно-конвертерного способа приходится на пятидесятые годы двадцатого столетия. В процессе производства стали, чугун продувают в конвертере чистым кислородом. При этом, процесс происходит без затраты топлива. Для того, чтобы переработать 1 тонну чугуна в сталь требуется около 350 кубометров воздуха. Стоит отметить, что кислородно-конвертерный способ получения стали является наиболее актуальным на сегодняшний день. При этом, процесс не ограничивается на одном способе вдувания кислорода. Различают кислородно-конвертерный процесс с комбинированной, верхней и нижней поддувкой. Конвертерный способ производства стали с комбинированной поддувкой является наиболее универсальным.

Для осуществления этого метода необходим конвертер. Подача кислорода осуществляется через водоохлаждаемую фурму под давлением. В данном случае, процесс окисления является наиболее значимым. Окисление чугуна происходит под воздействием дутья. В результате окисления выделяется тепло, что способствует снижению примесей и повышению температуры металла. далее происходит так называемое раскисление металла.

Мартеновский способ

В процессе производства стали мартеновским способом, участвует специальная отражательная печь. Для того чтобы нагреть сталь до нужной температуры (2000 градусов), в печь вводят дополнительное тепло с помощью регенераторов. Это тепло получают за счет сжигания топлива в струе нагретого воздуха. Обязательное условие – топливо должно полностью сгорать в рабочем пространстве. Особенностью мартеновского способа производства стали является то, что количество кислорода, подаваемого в печь, превышает необходимый уровень. Это позволяет создать воздействие на металл окислительной атмосферы. Сырье (чугун, железный и стальной лом) погружается в печь, где подвергается плавлению в течение 4 – 6 часов. В процессе плавления есть возможность проверять качество металла, путем взятия пробы. В мартеновской печи возможно получать специальные сорта стали. Для этого в сырье вводят необходимые примеси.

Электросталеплавильный способ

В результате электросталеплавильного способа, получают сталь высокого качества. Процесс этот происходит в специальных электрических печах. Основной принцип электросталеплавильного способа производства стали – использование электроэнергии для нагрева металла. Механизм производства следующий: в результате горения нагревательного элемента, выделяется тепло, за счет преобразования электроэнергии в тепловую энергию. Важно отметить, что процесс выплавки связан с выработкой шлаков. Качество получаемой стали во многом зависит от количества и состава шлаков. Основной причиной образования шлаков, в процессе производства стали, является окисление шихты из оксидов.

Благодаря шлакам, происходит связь оксидов, которые образуются в процессе окисления чугуна, а так же удаление ненужных примесей. Кроме этого, шлаки являются передатчиками тепла и кислорода. Присутствие шлаков в процессе производства стали оказывает благотворное влияние на качество стали. Определенное соотношение количества шлаков выводит из стали ненужные вредоносные вещества, например, фосфор. Кроме вышеперечисленных способов производства стали, известны и такие способы, как производство стали в вакуумных индукционных печах, плазменно-дуговая сварка.

Давайте подробнее остановимся на способе производства особо чистой стали, а так же жаропрочных сплавов. Суть способа состоит в выплавке в вакуумных печах. После такой выплавки, сталь дополнительно переплавляют вакуумным дуговым переплавом. Что дает возможность получения качественной однородной стали. Такая сталь применяется, в основном, в авиакосмической промышленности, атомной энергетике и других важных отраслях. Мы рассмотрели основные способы производства стали. Выбор способа всегда зависит от поставленных задач, удобства применения оборудования, необходимого качества полученной стали и от других факторов. Естественно, что каждый способ имеет свои преимущества и свои недостатки.