Контрольная работа по "Материаловедению и ТКМ"

Чебоксарский институт экономики и менеджмента 

Кафедра математики и  информационных технологий 

Контрольная работа

Вариант - 2

По  курсу « Материаловедение и ТКМ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение                                                                                          3

I. Производство стали в мартеновских печах                            4

1.1 Мартеновский процесс                                                             4

II. Литейные свойства сплавов                                                    7

Заключение                                                                                     13

III. Задание                                                                                      14

Список  используемой литературы                                            15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Металлы относятся  к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных  потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы  не играли бы главенствующей роли как  конструкционного материала.Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д. И. Менделеева.

    Железо  и его сплавы являются основой  современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и  не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические  материалы  находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в  современном производстве.

    Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод  придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей. Сталями называют сплавы железа  с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь –  важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и  т. д.  Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных  агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной  металлургии основными способами  выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы.

I.Производство стали в мартеновских печах

1.1 Мартеновский процесс

      Мартеновский  процесс был разработан в 1865 г. французскими металлургами отцом Э. Мартеном и сыном П. Мартеном.

        Мартеновская печь по устройству  и принципу работы является  пламенной регенеративной печью. 

      Рисунок . . Схема мартеновской печи:

      1, 2 - газовые и воздушные регенераторы; 3,4 -газовые и воздушные каналы в головке печи; 5 - рабочее пространство печи; 6 -подина печи; 7 - свод печи; 8 -завалочные окна

Сущность  мартеновского процесса состоит  в переработке чугуна и металлического лома на паду отражательной печи. В мартеновском процессе в отличие от конвертерного не достаточно тепла химических реакций и физического тепла шихтовых материалов. Для плавление твердых шихтовых материалов, для покрытия значительных тепловых потерь и нагрева стали до необходимых температур в печь подводиться дополнительное тепло, получаемое путем сжигания в рабочем пространстве топлива в струе воздуха, нагретого до высоких температур.

  Для обеспечение максимального использования подаваемого в печь топлива (мазут или предварительно подогретые газы) необходимо, чтобы процесс горения топлива заканчивался полностью в рабочем пространстве. В связи с этим в печь воздух подается в количестве, превышающем теоретически необходимое. Это создает в атмосфере печи избыток кислорода. Здесь также присутствует кислород, образующийся в результате разложения при высоких температурах углекислого газа и воды.

  Таким образом, газовая атмосфера печи имеет окислительный характер, т. е. в ней содержится избыточное количество кислорода. Благодаря этому металл в мартеновской печи в течение  всей плавки подвергается прямому или  косвенному воздействию окислительной  атмосферы.

  Для интенсификации горения топлива в рабочем  пространстве часть воздуха идущего  на горение, может заменяться кислородом. Газообразный кислород может также  подаваться непосредственно в ванну (аналогично продувке металла в конвертере).

  В результате этого во время плавки происходит окисление железа и других элементов, содержащихся в шихте. Образующиеся при этом оксиды металлов FeO, Fe₂O₃, MnO, CaO, P₂O₅, SiO₂ и др. Вместе с частицами постепенно разрушаемой футеровки, примесями, вносимыми шихтой, образуют шлак. Шлак легче металла, поэтому он покрывает металл во все периоды плавки.

  Шихтовые  материалы основного мартеновского  процесса состоят, как и при других сталеплавильных процессах, из металлической  части (чугун, металлический лом, раскислители, легирующие) и неметаллической части (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит).

  Чугун может применятся в жидком виде или в чушках. Соотношение количества чугуна и стального лома в шихте может быть различным в зависимости от процесса, выплавляемых марок стали и  экономических условий.

  По  характеру шихтовых материалов основной мартеновский процесс делиться на несколько  разновидностей, наибольшее распространение  из которых получили скрап-рудный и  скрап-процессы.

  При скрап-рудном процессе основную массу металлической  шихты (от 55 до 75 %) составляет жидкий чугун. Этот процесс широко применяется  на заводах с полным металлургическим циклом.

  При скрап-процессе основную массу металлической массы шихты (от 55 до 75 %) составляет металлический лом. Чугун (25 - 45 %), как правило, применяется в твердом виде. Таким процессом работают заводы, на которых нет доменного производства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II. Литейные свойства сплавов

Литейным  производством называют процессы получения  фасонных изделий (отливок) путем заливки  расплавленного металла в полую  форму, воспроизводящую форму и  размеры будущей детали. После  затвердевания металла в форме  получается отливка — заготовка  или деталь. Отливки широко применяют  в машиностроении, металлургии и  строительстве.

Можно получать отливки различной массы (от нескольких граммов до сотен тонн), простой  и сложной формы из чугуна, стали, сплавов меди и алюминия, цинка  и магния и т.д. Особенно эффективно применение отливок для получения  фасонных изделий сложной конфигурации, которые невозможно или экономически нецелесообразно изготавливать  другими методами обработки металлов (давлением, сваркой, резанием), а также  для получения изделий из малопластичных металлов и сплавов.

При всем разнообразии приемов литья, сложившихся за длительный период развития его технологии, принципиальная схема технологического процесса литья  практически не изменилась за более  чем 70 веков его развития и включает четыре основных этапа: плавку металла, изготовление формы, заливку жидкого  металла в форму, извлечение затвердевшей отливки из формы.

До середины нашего столетия литейный способ считался одним из важнейших методов получения  фасонных заготовок. Масса литых  деталей составляла около 60 % от массы  тракторов и сельскохозяйственных машин, до 70 % — прокатных станов, до 85 % — металлорежущих станков  и полиграфических машин. Однако наряду с такими достоинствами литейного  производства, как относительная  простота получения и низкая стоимость  отливок (особенно из чугуна), возможность изготовления сложных деталей из хрупких металлов и сплавов, он имеет и ряд существенных недостатков: прежде всего довольно низкая производительность труда, неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок, а следовательно, и их более низкие, чем заготовок, полученных обработкой давлением, прочностные характеристики.

За годы XI пятилетки в СССР значительно  возрос выпуск литейного оборудования. Освоено производство автоматических линий формовки, заливки и выбивки  отливок, созданы комплекты современного смесеприготовительного оборудования, освоен выпуск целой гаммы машин  для специальных способов литья, существенно возрос уровень механизации  и автоматизации технологических  процессов.

Основными направлениями  экономического развития СССР на период до 2000 года предусматривается значительное ускорение развития машиностроения. Немалый вклад в решение поставленных задач может внести реконструкция  и модернизация литейного производства, замена устаревшего оборудования высокопроизводительными  литейными автоматами и полуавтоматами, робототехническими комплексами. Большой  резерв экономии металла, снижения материалоемкости продукции машиностроения состоит  в увеличении доли литья из легированных сталей и высокопрочного чугуна, а  также точного литья, получаемого  специальными способами.

Важнейшие свойства сплавов: высокая жидкотекучесть, малая усадка, небольшая склонность к образованию литейных напряжений, незначительная ликвация примесей, мелкокристаллическое строение.

     Жидкотекучесть. Способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и стержней называют жидкотекучестью. О жидкотекучести сплавов судят по длине (в см) заполненной части формы. Жидкотекучесть сплавов увеличивается с повышением температуры перегрева сплава. Однако во избежание появления брака по усадке, пригару формовочной смеси и трещинам температура сплава при заливке форм должна быть умеренно высокой.

     Усадка. Процесс уменьшения линейных размеров и объема жидкого сплава в форме при охлаждении называют усадкой. В литейном производстве различают объемную и линейную усадку сплавов.

     Объемной  усадкой называют разность между объемом полости формы и объемом отливки после ее охлаждения. Линейной усадкой называют разность между линейными размерами формы и остывшей отливки.

     В практике литейного производства усадку обычно выражают в процентах по отношению  к первоначальному объему жидкого  сплава (объемная усадка) или к первоначальным линейным размерам в полости формы (линейная усадка). Величина усадки зависит  от химического состава сплава. Так, повышение содержания углерода и  кремния и уменьшение содержания марганца и серы в чугуне приводят к уменьшению усадки.

     Для борьбы с линейной усадкой следует  размеры модели делать больше размеров отливки на величину литейной усадки. Борьба же с усадочными раковинами и пористостью более трудна. К основным

     мерам предупреждения усадочных раковин  и пористости относятся:

     достаточное питание отливки путем увеличения сечения литниковой

     системы, установка прибылей, применение холодильников, улучшение конструкции отливки.

     Литейные  напряжения. В отливке в процессе ее остывания в форме возникают литейные напряжения: вследствие неравномерной усадки — усадочные напряжения; ввиду неодинаковой скорости остывания отдельных частей отливки — термические напряжения; в связи с изменением кристаллического строения отливки — фазовые напряжения.

     Усадке  практически всегда в той или  иной степени препятствуют болваны, стержни и т. п., и поэтому в разных частях отливки получается неравномерная усадка.

     В некоторых сплавах в процессе охлаждения изменяются структура и  размеры отдельных зерен, вследствие чего увеличивается или уменьшается  объем отливок. Эти изменения  в тонких и толстых частях отливки  совершаются в разное время.

     Литейные  напряжения в отливках, вызванные  этими явлениями, могут привести к образованию горячих и холодных трещин, короблению отливки.

     Ликвация. При затвердевании сплава, залитого в форму, на протяжении всего времени его остывания происходит процесс выравнивания химического состава по всему сечению отливки. Однако этот процесс протекает медленно, вследствие чего в отдельных частях отливки, а также в отдельных зернах сплава, наблюдается химическая неоднородность, называемая ликвацией. Обычно ликвация обусловливается тем', что отдельные составляющие сплава, имеющие неодинаковую плотность и различные температуры затвердевания, отделяются от основной массы сплава как в жидком состоянии, так и при его затвердевании.

     Ликвация  уменьшается при понижении температуры  и скорости заливки, а также при  ускорении затвердевания отливки. Наибольшей склонностью к ликвации отличаются сплавы с большим содержанием  свинца.

     Строение (структура) сплавов. Наилучшие свойства имеют сплавы в том случае, когда их структура получается мелкокристаллической и без промежуточных пленок, ослабляющих связь между отдельными кристаллами (или группами кристаллов). Обычно в литейных сплавах рассматриваются не отдельные кристаллы, которые очень малы, а группы кристаллов, образующие кристаллиты или зерна.

     Уменьшение  размеров зерен сплава достигается  понижением температуры и скорости заливки и в особенности увеличением  скорости охлаждения при затвердевании  отливки. Для того чтобы придать  сплаву мелкозернистую структуру, в  него вводят особые добавки — модификаторы. 

     Механические  свойства стали 25Л 

     Прочность на растяжение: ;

     Предел  текучести: ;

     Относительное удлинение 20%;

     НВ= 143;у=58%.

     Сталь 25Л имеет небольшое количество углерода и из-за этого высокую  температуру плавления, для того, чтобы процесс заливки происходил нормально, сталь нужно нагреть  до температуры примерно 1560° С.

     Химический  состав стали 25Л 

     Сталь 25Л имеет ферритно-перлитную структуру. 

     Влияние примесей на свойства стали 

     Марганец  вводится в сталь для раскисления и остаётся в ней в количестве 0,3...0,8%. Мn уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

     Кремний - полезная примесь, вводится в сталь  в качестве активного раскислителя в количестве до 0,4%.

     Сера  – вредная примесь, вызывает красноломкость стали, в стали она находится  в виде сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления и располагающуюся по границам зёрен, при горячей деформации границы зерен оплавляются и сталь хрупко разрушается. От красноломкости предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS исключающие образование легкоплавкой эвтектики..

     Фосфор  – вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но снижает  вязкость при пониженных температурах.

Заключение

  Человек с самого раннего возраста привыкает  к окружающим его металлическим  предметам домашнего обихода. Мы к ним настолько привыкли, что  не замечаем и не задумываемся, откуда они берутся.

  Современную жизнь нельзя представить без  таких металлов и сплавов, как  чугун, сталь, алюминий, медь, титан, бронза, золото, серебро и др. Будущее  человечества тесно связано с  использованием новых сплавов и  металлов на металлической основе. Металл – фундамент современной цивилизации, основа основ технического прогресса. И чем выше поднимается человечество по ступеням развития, тем больше его нужда в металлах.

     Большинство металлов, из которых изготовляются  сплавы, находится в земной коре не в чистом виде, а в химическом соединении с другими элементами. Такие природные соединения металлов, содержащие различные посторонние  примеси, называются рудами. Из этих руд  после их подготовки на металлургических заводах получают чистые металлы  или сплавы.

     Фасонные  отливки из различных сплавов  применяются во всех отраслях промышленности, строительства и быта. Особенно велика роль фасонных отливок в машиностроении. Область применения литых деталей  все время расширяется.

     Стальные  литые детали используют в труднейших условиях эксплуатации - при вибрационных и знакопеременных нагрузках, в  разных агрессивных средах .Надёжность применения литых деталей проверена в течение многих лет эксплуатации различных машин и оборудования. Технический прогресс вызвал повышение требований к качеству литых детале 

III.Задание

Как называется обрабока ,состоящая в насыщении поверхности стали азотом и углеродом в газовой среде?

D) Нитроцементация. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы.

1. В.Г. Антипин, С.З. Афонин, Л.К. Косырев "О направлении развития и структуре сталеплавильного производства", "Сталь" №3 1993 г.

2. Дмитрий Леонтьев "Черная металлургия России не ждет помощи от государства", "Финансовые известия" №45 1993 г.

3. О.Н. Сосковец "Техническое перевооружение и развитие металлургии в России", "Сталь" №6 1993 г.

4. В.И. Явойский и другие "Металлургия стали", "Металлургия", 1983 г.

5. П.П. Арсентьев  и другие "Конвертерный процесс  с комбинированным дутьем", "Металлургия", 1991 г.

6. М.П. Клюев "Лекции  по металлургии стали", С.С. Аникушин, Москва, 1993 г.

7. Марочник сталей  и сплавов, Машиностроение, 1989 г.