Основы производства и обработки металлов учебно-методическое пособи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Ю.Н. Симонов

ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2011

УДК 669.01(075.8) С 37

Рецензенты:

канд. техн. наук, проф. В.Н. Шишляев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

д-р техн. наук, проф. М.Н. Георгиев (Болгарская академия наук)

Симонов, Ю.Н.

С37 Основы производства и обработки металлов: учеб.-метод. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. ун-та, 2011. – 112 с.

ISBN 978-5-398-00655-1

Приведена рабочая программа, основные положения и методические указания по изучению дисциплины, варианты контрольных заданий для студентов заочной формы обучения, а также методические указания к самостоятельной работе студентов очного обучения по направлению подготовки бакалавров 150100 «Металлургия», профиль «Металловедение и термическая обработка металлов».

УДК 669.01(075.8)

2

3

1. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Трудоемкости изучения дисциплины «Основы производства и обработки металлов» студентами бакалавриата различных форм обучения

Настоящая дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами при изучении физики, химии и физической химии. Она является базой для последующего изучения многих специальных дисциплин: «Металлография», «Теория термической обработки», «Технология термической обработки» и др.

Студентам заочной формы обучения для изучения курса

«Основы производства и обработки металлов» необходимо освоение настоящего пособия и предложенной учебной литературы. Изучать курс рекомендуется в той последовательности, которая принята в рабочей программе и приведена в настоящем пособии (пункты программы выделены светлым курсивом).

Контроль своих знаний по каждой теме должен проводиться путем ответов на вопросы для самопроверки. Ответы должны быть полными, конкретными. При необходимости их надо сопровождать расчетными формулами и рисунками. Эти ответы в университет

4

не высылаются, но все же рекомендуется оформлять их в виде конспекта. Сомнения в правильности ответа могут быть разрешены на консультациях в университете в течение семестра.

После изучения всего теоретического курса студент выполняет две контрольные работы. Ответы на вопросы контрольной работы высылаются в университет на проверку не позднее чем за 10 дней до начала сессии. В рецензии или при личной встрече преподаватель указывает студенту, на что необходимо обратить дополнительное внимание при подготовке к сдаче заключительного вида контроля. По данному курсу предусмотрена сдача экзамена в 4-м семестре.

В период установочной сессии в университете организуется чтение обзорных лекций по курсу и проведение лабораторнопрактических заданий.

Экзамен принимается у студента при наличии контрольных работ (работы) с положительной рецензией и допуска по результатам лабораторно-практических занятий. Наличие собственного конспекта с ответами на вопросы для самопроверки будет способствовать успешной сдаче экзамена. К студенту предъявляются требования в объеме рабочей программы. На экзамене он должен показать глу-

в области технологии выплавки железа, чугуна, сталей, обработки давлением и литейного производства.

Студентам очной формы обучения для освоения разделов данного курса, рекомендованных для самостоятельного изучения, необходим конспект лекций, настоящее учебно-методическое пособие и учебная литература.

В процессе изучения курса студент очного обучения должен сдать четыре коллоквиума по следующим частям курса: производство железа и чугуна, производство сталей, обработка металлов давлением, основы технологии литейного производства. В ходе каждого коллоквиума преподаватель контролирует уровень знания студентами не только разделов, освоенных во время аудиторных занятий, но и разделов, отданных на самостоятельное изучение. Положитель-

5

ная оценка за коллоквиум может быть поставлена лишь в том случае, если студент одинаково успешно освоил как разделы, освещенные во время аудиторных занятий, так и разделы, вынесенные на самостоятельную проработку. По данному курсу у студентов очной формы обучения предусмотрена сдача экзамена в 3-м семестре.

Экзамен принимается при наличии у студента положительных оценок за все четыре коллоквиума и допуска по результатам лабо- раторно-практических занятий. К студенту предъявляются требования в объеме рабочей программы. На экзамене он должен показать глубокие знания по всем теоретическим и прикладным вопросам и умение применять эти знания к решению инженерных задач в области технологии выплавки железа, чугуна, сталей, обработки давлением и литейного производства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.Еланский Г.Н., Линчевский Б.В., Кальменев А.А. Основы производства и обработки металлов: учебник / Моск. гос. вечерн.

металлург. ин-т. – М., 2005. – 416 с.

2.Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: учебник для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Ака-

демкнига, 2005. – 768 с.

Дополнительная

3.Пикунов М.В. Плавка металлов, кристаллизация сплавов, затвердевание отливок: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во Моск. ин-та стали и сплавов, 2005. – 416 с.

4.Основы теории обработки металлов давлением: учебник / И.И. Иванов [и др.]. – М.: Форум: Инфра-М, 2007. – 144 с.

5.Технология литейного производства: литье в песчаные формы: учебник для студ. высш. учеб. заведений / А.П. Трухов,

6

Ю.А. Сорокин, М.Ю. Ершов [и др.]; под ред. А.П. Трухова. – М.:

Академия, 2005. – 528 с.

6. Технология литейного производства: специальные виды литья: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин; под ред. В.А. Рыбкина. – М.: Академия,

2005. – 352 с.

7.Шишляев В.Н. Железоуглеродистые литейные сплавы: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2005. – 161 с.

8.Процессы порошковой металлургии: в 2 т. Т. 1. Производство металлических порошков: учебник для вузов / Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. – М.: Изд-во Моск. ин-та стали

исплавов, 2001. – 368 с.

9.Процессы порошковой металлургии: в 2 т. Т. 2. Формование

испекание: учебник для вузов / Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. – М.: Изд-во Моск. ин-та стали и сплавов, 2002 –

320с.

10.Схиртладзе А.Г., Ярушин С.Г. Технологические процессы в машиностроении: учебник. – 2-е изд., перераб. и доп. / Перм. гос.

техн. ун-т. – Пермь, 2006. – 496 с.

Справочная

11.Коршиков Г.В. Энциклопедический словарь-справочник по металлургии. – Липецк, 1998. – 779 с.

12.Ладыгичев М.Г., Чижикова В.М. Сырье для черной металлургии: справ. издание: в 2 т. – М.: Теплоэнергетик, 2005. – 443 с.

13.Дефекты стали. Справочик / под ред. С.М. Новокщеновой

иМ.И. Виноград. – М.: Металлургия, 1984. – 199 с.

14.Сталь на рубеже столетий / под науч. ред. Ю.С. Карабасова. – М.: Изд-во Моск. ин-та стали и сплавов. – 2001. – 664 с.

15.Митрохович Н.Н., Югай С.С. Материаловедение: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – 2-е изд., доп. и испр. – Пермь,

2004. – 112 с.

7

2. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

2.1. Введение

Понятие о металлах и сплавах, понятие о черных и цветных металлах. Чугуны и стали. Литейные и деформируемые сплавы.

Краткая история, современное состояние и перспективы развития металлургии. Российские и иностранные ученые-металлурги и их вклад в развитие металлургии.

Принципиальная схема получения различных видов металлопродукции.

Специалистам-металлургам, в частности металловедам-термис- там, в своей деятельности приходится сталкиваться с самыми разнообразными металлами и сплавами. Основной задачей изучения дисциплины является знакомство с современными способами производства и обработки сплавов на основе черных и цветных металлов.

Чистые металлы почти не используют для получения металлопродукции из-за низких механических и других свойств, поэтому большое распространение получили различные сплавы металлов.

Сплавы представляют собой системы, состоящие из двух или нескольких металлов и неметаллов, которые обладают характерными свойствами, присущими металлическому состоянию. По прочности, твердости и другим механическим и физико-химическим свойствам сплавы превосходят чистые металлы. Кроме основы и дополнительных компонентов (легирующих добавок), в сплавах всегда присутствуют различные случайные примеси, попадающие в них в процессе приготовления, том числе такие элементы, которые существенно ухудшают многие важнейшие свойства отливок. Такие примеси называются вредными. В сплавах на основе железа – чугунах и сталях – наиболее вредными примесями считаются фосфор и сера.

Различают черные и цветные сплавы. К черным относятся сплавы на основе железа (железоуглеродистые сплавы – чугуны и стали). Все остальные относятся к цветным. По базовому элементу

8

различают алюминиевые, магниевые, медные титановые и другие цветные сплавы.

Металлические сплавы, используемые в народном хозяйстве, подразделяются на деформируемые и литейные. Из деформируемых сплавов сначала получают слитки, из которых путем обработки давлением готовят различные полуфабрикаты (профили, листы, проволоку). Литейные сплавы предназначены для получения фасонных литых заготовок. Четкой границы между литейными и деформируемыми сплавами не существует. Многие марки сталей, бронз, латуней могут использоваться как в деформируемом, так и в литом состоянии. Только чугуны, точнее, так называемые ковкие чугуны, являются чисто литейными сплавами и не могут подвергаться пластической деформации.

Изначально процесс получения железа и стали был одностадийным: в кричных горнах сразу получали науглероженное железо, т.е. сталь. Затем, примерно в Х–ХII вв., сложился двухстадийный способ производства сталей: в домницах получали чугун, а затем в кричных горнах чугун, перемешанный с рудой, переделывали в сталь. Двухстадийный способ получения сталей сохранился до настоящего времени, однако в последние десятилетия все большее внимание уделяют так называемым внедоменным способам получения железа.

Литература: [1–2, 10–11].

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое сплав?

2.Приведите классификации сплавов.

3.Какие сплавы называют черными?

4.Чем отличаются литейные сплавы от деформируемых?

5.Как выглядит общая схема получения различных видов металлопродукции?

9

Студентам очной формы обучения для освоения данного раз-

дела предлагается самостоятельно ознакомиться с деятельностью наиболее видных российских и иностранных ученых-металлургов и их вкладом в развитие металлургии.

Литература: [1–2, 11, 14].

2.2. Физико-химические основы производства черных и цветных металлов

Основные положения теории процессов подготовки металлургического сырья, плавки и рафинирования; материальные балансы технологических схем производства металлов и сплавов и их отдельных этапов (переделов); свойства металлургических расплавов, их взаимодействие между собой и с твердыми телами.

Группы физико-химических процессов, происходящих в доменных печах, в сталеплавильных агрегатах и агрегатах для плавки цветных металлов.

При изучении данного раздела следует особое внимание уделить пониманию физико-химических процессов, происходящих в доменных печах, сталеплавильных агрегатах и агрегатах для плавки цветных металлов. Прежде всего нужно уяснить, что в доменной печи доминируют восстановительные процессы, а в сталеплавильных агрегатах – процессы окисления.

Доменная печь – это шахтный восстановительный агрегат непрерывного действия, работающий по принципу противотока: горячий газ-восстановитель поднимается снизу вверх, а твердая шихта опускается сверху вниз.

Процессом, запускающим доменную плавку, является горение углерода кокса в верхней части горна доменной печи. В результате сгорания углерода кокса устанавливается необходимый уровень температур, появляется газ-восстановитель (угарный газ СО), а кроме того – освобождается пространство в нижних горизонтах

10