- •1. Металловедение 15
- •3. Основы теории сплавов 39
- •Часть 2. Металлургия железа 84
- •Глава 3. Литейное производство 126
- •Глава 4. Основы термической обработки 150
- •4.7. Классификация стали 179
- •Литература
- •Введение
- •1. Страницы истории и научно – популярная
- •50.Ахметов с.Ф., Иванов с.Н. Многоликий кремний.- м.: Знание, -1987г., с 64
- •1. Металловедение
- •1 Основы свойств материалов
- •1.1 Физические свойства
- •1.2 Химические свойства
- •1.3 Механические свойства
- •1.4 Технологические свойства
- •1.5 Эксплуатационные свойства
- •2.Кристаллическое строение металлов
- •2.1 Общая характеристика строения металлов
- •2.2 Структура полимеров, стекла и керамики
- •3. Основы теории сплавов
- •3.1 Основные сведения о сплавах
- •3.2 Диаграммы состояния
- •3.2.1 Диаграмма состояния сплавов для случая неограниченной
- •3.2.1.1Правило отрезков (правило фаз)
- •3.2.2. Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов.
- •3.2.3.Диаграмма состояния сплавов для случая ограниченной
- •3.2.4. Диаграммы состояния сплавов, образующих химические соединения
- •3.2.5. Связь между свойствами сплавов и типом диаграмм состояния.
- •3.3. Диаграмма состояния железо – углерод
- •2 Материаловедение
- •Часть 2. Металлургия железа
- •2.1 Железные руды
- •2.2 Структура современного металлургического производства железа
- •2.3 Продукция черной металлургии
- •2.4 Технология производства чугуна
- •2.4.1. Подготовка сырья к доменной плавки агломерацией
- •2.4.2 Производство железосодержащих окатышей
- •2.4.3. Процесс доменной плавки
- •2.4.4. Технология прямого восстановления железа из руды
- •Заинтересованы реализовать проект на Ингулецком, Полтавском, Северном и Центральном гоКах.
- •2.4.5 Технология производства стали
- •2.4.5.1. Кислородно - конвертерный процесс
- •2.4.5.2 Производство стали в мартеновских печах
- •2.4.5.3. Получение стали в электрических печах
- •2.4.5.4. Выплавка стали в индукционных печах
- •2.5. Современные технологии получения стали высокого качества Внепечная металлургия
- •Глава 3. Литейное производство
- •3.1. Кристаллизация
- •3.2. Основы технологии литейного производства
- •3.2.1. Литье в песчанно-глинистые формы
- •3.2. 2. Литье в оболочковые формы
- •3.2.3. Отливки по выплавляемым моделям
- •3.2.4. Литье в кокиль
- •3.2.5. Центробежное литье
- •5.6. Литье под давлением
- •3.3.7. Литье под низким давлением
- •5.7. Литье вакуумным всасыванием
- •3.3.9. Литье непрерывное и полунепрерывное
- •3.3.10. Другие виды литья
- •Глава 4. Основы термической обработки
- •4.1. Общие вопросы
- •4. 2 Отжиг и нормализация
- •4.2.1. Отжиг
- •4.2.2. Нормализация
- •4. 2. 3. Закалка и отпуск
- •4. 2.1. Закалка
- •4.3. Термомеханическая обработка стали
- •4.4. Химико-термическая обработка
- •4.4.1. Цементация
- •4.4. 2. Азотирование
- •4.4. 3. Цианирование
- •4.4.4. Борирование
- •4.4.5. Силицирование
- •4.4.6. Хромирование.
- •4.5. Защитные покрытия, полученные в условиях свс
- •4.6. Особенности термической обработки легированных сталей
- •4.7. Классификация стали
- •4.7.1 Классификация по химическому составу
- •4.7.2. Легированные конструкционные стали
- •4.7.3 Классификация по назначению
- •4.7.4. Классификация по качеству
- •4.7.5. Классификация по степени раскисления
- •4.7.6. Классификация по структуре
- •4.7.6.1.Классификация по равновесной структуре
- •Глава 5.Предприятия черной металлургии Украины.
- •5.1. Предприятия горно-рудного сырья и обогащения.
- •5.1.1.Железо горно- рудные предприятия
- •5.1.2. Марганцевые горно-рудные предприятия
- •5.1.3. Предприятия производства известняка и попутных материалов
- •5.2. Металлургическое производство
- •5.3. Производство ферросплавов
- •5.5. Трубное производство
- •5.6. Метизное производство
- •5.7. Коксохимическое производство
- •Глава 7. Производство продукции предприятиями черной металлургии мира и Украины (Статистическая информация)
2 Материаловедение
1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедеие. - М.: Машиностроение, 1990 г., 528 с
2. Середа Б.П. Металловедение и термическая обработка черных и цветных метал лов. Запорожье, 2002 г., 264 с
3. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1975 г. , 447 с
4. Гуляев А.П. Металловедение.- М.: Металлургия, 1986 г., 544 с
5. Кузьмин Б.А., Самохоцкий А.И., Кузнецова Т.Н. Металлургия, материаловедение и конструкционные материалы. М.: Высшая школа, 1979 г., 304 с
6. Арзамасцев Б.Н., Сидорин И.Н., Косолапов Г.Ф. и др.. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1986 г., 384 с
7.Мозберг Р.К. Материаловедение. М.: Высшая школа, 1991 г.,1991 г., 448 с
8. Жадан В.Т., Полухин П.И., Нестеров А.Ф., Вишкарев А.Ф., Гринберг Б.Г. Материаловедение и технология материалов. М., Металлургия , 1994 г., 624 с
9. Фетисов Г.П., Кариман М.Г., Матюнин В.М и др. Материаловедение и технология металлов. М, Высшая школа , 2001г., 638 с
Часть 2. Металлургия железа
Железо (Fe) химический элемент V111 группы периодической системы Д.И. Менделеева. Серебристо - белый металл, плотностью 7,88 г/см3, температура плавления 15390С, температура кипения 32000С, пластичный, твердость по Бринелю 35 – 45 кг/мм2.Легко подвергается ковке, прокатке и другой обработке в горячем и холодном состояниях. Физические свойства зависят от его чистоты. Существует в двух модификациях Обладает магнитными свойствами вплоть до температуры 7680С, вышн не магнитен Имеет относительно высокую теплопроводность 0,177 кал/см*град*сек ( у меди 0,941 кал/см*град*сек) и удельное электросопротивление 9,7*10-6 ом*см ( у меди 1,68*10-6 ом*см). Редко встречается в чистом виде.
Рис. 2.1. Железо
По химическим свойствам железо относится к переходным металлам, средней активности. В сухом воздухе при нагревании до 150 - 2000 на поверхности компактного железа образуется тонкая защитная окисная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления. Во влажном воздухе железо легко окисляется и покрывается ржавчиной.
В разбавленных кислотах железо легко растворяется, в концентрированных азотной и серной кислотах пассивируется благодаря образованию тончайшей окисной пленки. В щелочах, за исключением их концентрированных горячих растворах, не растворяется.
2.1 Железные руды
Железо является распространенным элементом в природе и занимает четвертое место (4,2 %) после кислорода (49,7 %), кремния (26 %) и алюминия (8,05 %). Железо как составная часть входит почти во все горные породы, однако многие из них нельзя считать рудами.
Железные руды - основной исходный материал для выплавки чугуна и стали. Рудный минерал чаще всего представляет собой окислы железа. Пустая порода обычно состоит из кварца и песчаников с примесью глин.
Наиболее богатые руды содержат 60 % железа и больше, наиболее бедные 30 - 40 %.
Красный железняк. Рудный минерал – гематит, безводная окись железа Fe2O3 (70 % Fe) обычно содержит 50 – 60 % Fe, твердость 5,5-6,5, плотность 4,9 – 5,3 г/см3. Это наиболее распространенный вид руды во всем мире.
Рис. 2.2. Гематит
Магнитный железняк. Рудный минерал - магнетит, магнитная окись железа Fe 3O 4 (72,4 % Fe) или FeO* Fe2O3, содержание, %: 31,04 - FeO и 68,96 - Fe2O3. Он обычно содержит,%: 55 – 60 Fe; 0,02 – 2,5 S; 0,02 – 0,7 P и чаще всего кислую пустую породу (SiO2, Al2O3), плотность 4,9 - 5,2 г / см3, твердость 5,5 - 6.
Рис. 2.3. Магнетит
Бурый железняк. Рудный минерал - водные окислы железа – FeOOH*Fe2O3 *H2O, (Fe2O3- 86 -89 %, 52 – 66 % Fe), в руде обычно содержится 30 - 50 % Fe, плотность 3,3 - 5,2 г/см3, твердость 1,5 – 5,5.
Рис. 2.4. Бурый железняк (лимонит)
Шпатовый железняк. Рудный минерал - сидерит, карбонат железа FeCO3 (48,3 % Fe), в руде обычно 30 – 40 % Fe, не содержит серы и фосфора, твердость 3,5; плотность 3,96 г/ см3.
Рис. 2.5. Сидерит
Железистые кварциты. Рудный минерал - магнетит или гематит. Эти руды содержат 35 – 40 % Fe с кремнистой пустой породой.
Рис. 5.12. Кварцит железистый
Титаномагнетиты. Комплексная руда, содержащая 15 – 20 % Fe, рудными минералами которой являются магнетит и ильменит FeO*TiO2.
Марганцевая руда входит в состав шихты доменных печей при выплавке некоторых марок чугуна, а также ферромарганца (до 82% Мn). В ней марганец находится в виде пиролюзита МnО2 и других соединений. Содержание марганца в руде обычно составляет 25 – 50 %.
Манганит Mn(OH)2 с примесями SiO2, Fe2O3 и др. Твердость по шкале Мооса 4, плотность 4,3 г/см3.
Рис.2.6. Манганит
Пиролюзит MnO2*x H2O, твердость по шкале Мооса 2 – 2,5, плотность 4,4 – 5 г/см3, цвет стальной серый, голубоватосерый.
Рис. 2.7. Пиролюзит
В рудах железа присутствуют различные примеси, которые в зависимости от вида плавки могут быть полезными и вредными.
К вредным примесям относят серу, цинк и мышьяк. Сера вызывает красноломкость стали, а процесс ее удаления в доменном и сталеплавильном производствах связан с ухудшением технико-экономических показателей. В принципе серу можно в значительной степени удалить из руд окислительным обжигом и агломерацией.
Цинк, хотя и не переходит в чугун, но возгоняется и, проникая в швы кладки, приводит к ее росту и разрыву металлического кожуха доменной печи.
Небольшое количество мышьяка можно удалить из руды при агломерации или лучше при специальном обжиге руды, а при доменной и сталеплавильной плавках он переходит в металл. Мышьяк придает стали хладноломкость и ухудшает ее свариваемость.
Такие примеси, как фосфор, никель, хром и медь, являются полезными при выплавке чугуна некоторых марок, в остальных же случаях их, особенно фосфор и медь, относят к вредным примесям. Фосфор вызывает хладноломкость стали, его необходимо удалять при переработке чугуна в сталеплавильных печах.
Ванадий и титан - полезные примеси.
Пустая порода руд в основном состоит из Si02, А12Оэ , СаО и MgO, которые обычно находятся в виде различных соединений. Для доменной плавки желательно, чтобы отношение (СаО + MgO)/(Si02 + А1203) ≈ 1. В этом случае не требуются флюсы. Такую руду называют самоплавкой, однако встречается она очень редко. Чаще всего указанное отношение значительно менее 1, т.е. пустая порода руд является кислой, а на плавку необходимо добавлять известь.
Украина располагает крупными месторождениями. Криворожский железорудный бассейн с промышленными запасами в 18,7 млрд. т занимает площадь около 300 км2. Основная масса руд - бедные (~ 35 % Fe) железистые кварциты (80 % магнетитовых и 20 % гематитовых); имеется также около 1,5 млрд. т промышленных запасов богатых (~ 56 % Fe) гематитовых и магнетитовых руд. Большинство руд очень чисты по сере и фосфору. Месторождение разрабатывается более 100 лет.
Керченское месторождение бурых железняков (балансовые запасы около 2 млрд. т) с содержанием 30 - 40 % Fe отличается повышенным содержанием марганца, фосфора (0,6 -1,1 %) и наличием мышьяка (0,07 - 0,13 %).
Более полно о месторождениях железных и марганцевых руд см. в последующих разделах (указать какие)