5. Механические свойства черных металлов.

К механическим свойствам относят прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит они обладают достаточной прочностью.

Твердость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого материала. Например, если на стальную и медную пластины нанести лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после устранения внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре ее поместить небольшой груз, то она прогнется на некоторую величину, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это показывает, что материал линейки обладает упругостью.

Вязкость — свойство тел поглощать энергию при ударе.

Пластичность — способность изменять форму под дей­ствием внешних сил не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

6.Способы выплавки стали.

Существует несколько способов получения стали: конверторный, мартеновский и электроплавка.

Конверторный способ основан на продувке сжатым воздухом расплавленного чугуна. При продувке кислород воздуха вступает в реакцию с примесями чугуна и окисляет их, в результате чего получается сталь. Для конверторного способа используют жидкий чугун, полученный в доменных печах и выдержанный в специальных металлоприемниках (миксерах).

Достоинствами конверторного способа являются: высокая производительность агрегатов, компактность оборудования и т. д.

К недостаткам этого способа относятся невозможность переработки большого количества стального и железного лома, а также передел чугунов только определенного химического состава.

Мартеновский способ вызван к жизни необходимостью перерабатывать стальной лом и отходы производства. Требовалось создать печь, в которой температура была бы настолько высокой, чтобы можно было плавить сталь и железо. Получение высокой температуры в мартеновской печи дало возможность не только использовать промышленные отходы в качестве шихтовых материалов, но и получать стали с весьма разнообразными свойствами. Мартеновская сталь поступает в виде листовой и сортовой, рельсов, отливок, заготовок для ковки и штамповки.

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.

7.Влияние окислительно-восстановительных реакций при выплавке стали на ее основные свойства 2.2. Основные реакции сталеплавильных процессов.

Сталь получают из чугуна и лома методом окислительного рафинирования (т. е. очищения). Кислород для окисления содержащихся в них примесей (углерода, марганца, кремния, фосфора и др.) поступает либо из атмосферы, либо из железной руды или других окислителей, либо при продувки ванны газообразным углеродом.

2.2.1. Окисление углерода.

Особенность окисления углерода заключается в том, что продуктом этой реакции является газообразный СО, который, выделяясь из металлической ванны в виде пузырей, создает впечатление кипящей жидкости. Реакцию окисления углерода, растворенного в металле можно написать в следующем виде:

[C] + [O] = {CO},

где [C]; [O] - концентрации растворенных в металле углерода и кислорода.

Как следует из уравнения для константы, при заданном значении Рсо произведение концентрации углерода и растворенного кислорода есть величина постоянная. Следовательно, от концентрации углерода зависит концентрация кислорода в металле. Чем выше содержание углерода в металле, тем ниже содержание кислорода в нем и наоборот.

2.2.2. Окисление и восстановление марганца.

Марганец как элемент, обладающий высоким сродством к кислороду, легко окисляется как при кислом, так и при основном процессах. Реакции окисления и восстановления марганца можно представить следующим образом:

[Mn] + [O] ↔ (MnO);

[Mn] + (FeO) ↔ (MnO) + [Fe]

Как показывают расчетные и экспериментальные данные, с повышением температуры и основности шлака концентрация марганца в металле увеличивается. Это указывает на то, что реакция окисления марганца достигает равновесия, и окислительный процесс сменяется восстановительным. Поскольку почти все стали содержат марганец, то его восстановление в процессах плавки - явление желательное.

2.2.3. Окисление и восстановление кремния.

Кремний обладает еще большим сродством к кислороду, чем марганец, и практически полностью окисляется уже в период плавления. Окисление кремния происходит по реакциям:

[Si] + 2[O] = (SiO2); [Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2[Fe]

При плавке под основным шлаком SiO2 связывается в прочный силикат кальция (CaO)2•SiO2, что обеспечивает почти полное окисление кремния, содержащегося в шихте. При кислом процессе поведения кремния иное: при горячем ходе кислого процесса имеет место интенсивное восстановление кремния.

2.2.4. Окисление и восстановление фосфора.

Фосфор в стали является вредной примесью, отрицательно влияющей на ее механические свойства. Поэтому содержание фосфора в стали в зависимости от ее назначения ограничивается пределом 0,015-0,016 %. Окисление фосфора можно представить следующим образом:

2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe];

(P2O5) + 3(FeO) = (FeO)3•P2O5;

(FeO)3•P2O5 + 4(CaO) = (CaO)4•P2O5 + 3(FeO);

2P + 5(FeO) + 4(CaO) = (CaO)4•P2O5 + 5Fe.

Откуда коэффициент распределения (L) фосфора между металлом и шлаком:

L = (P2O5)/P2 = K(FeO)5•(CaO)4,

где К – константа реакции. 8. Дефекты строения стали

Можно выделить процессы при которых часто возникают дефекты:

• Дефекты возникающие при деформации твердого тела. Процесс образования дефектов при деформации небольшой величины идет не интенсивно. После снятия напряжения вызывающего эту деформацию, тело может принять первоначальную форму. Однако, если уровень деформации превысить пороговое значение, то количество дефектов начнет расти очень быстро, что приведет к необратимому процессу пластической деформации материала. Вызвана пластическая деформация именно плотностью и величиной образовавшихся дефектов, которые не дадут образцу принять первоначальную форму.

• Дефекты обработки поверхности. В процессе снятия стружки или шлифовки материала всегда возникают микротрещины на поверхности объекта.

• Дефекты литейного происхождения. Дефектов этого типа существует очень много, приведем парочку примеров. Когда расплавленный сплав заливают в формы и он начинает остывать то из-за неравномерности остывания некоторые части слитка застывают раньше, а другие позже, это создает сдвиги слоев между собой. Кроме того, в сплав могут попасть мелкие пузыри воздуха отчего образуются поры.

• Дефекты прокатного производства. Дефекты прокатного производства образуются при нарушении технологии прокатки и предварительного нагрева заготовки. Неправильный коэффициент обжатия или недостаточный нагрев заготовки перед прокаткой может привести к появлению на поверхности стали – усов, волосовин, флокенов, трещин, сколов, смятых концов и других дефектов.

• Дефекты термообработки. Дефекты термообработки – образуются при неправильном выборе термического режима или его несоблюдении. Наиболее часто на этапе термообработки образуются следующие дефекты – перегрев (можно исправить повторным нагревом), пережог, термическое трещинообразование и другие. Дефекты, возникающие при хранении, транспортировке и складировании.

• Дефекты хранения. В ходе перевозки или хранения металл может быть деформирован – погнут, замят. Также при длительном лежании металла происходит его старение, в результате чего он теряет прочностные и пластические свойства.

• и др.

Приборы детектирующие дефекты

Существует класс приборов называемых дефектоскопы. Дефектоскопы способны обнаружить как дефекты на поверхности объектов, так и неравномерность структуры внутри материала, что делает их удобным инструментом нахождения бракованных изделий и потенциально слабых мест. На нашем сайте есть статья посвященная двум основным типам дефектоскопов ультразвуковой и вихретоковый дефектоскопы. В качестве примеров можно привести следюущие приборы, которые можно заказать через наш каталог: ИТИ-2 — индуктивный дефектоскоп,MFD800C — ультразвуковой дефектоскопы, МВН-3М — вихретоковый дефектоскоп.